Le galassie e le leggi di gravitazione

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1 Le galassie e le leggi di gravitazione

2 Le leggi del moto dei pianeti

3 Keplero La più importante innovazione di Keplero fu quella di riuscire a liberarsi dal pregiudizio che le orbite dei pianeti dovessero essere necessariamente circolari Egli infatti, oltre a riaffermare l'ipotesi eliocentrica, fu il primo a proporre un modello di orbite ellittiche per descrivere il movimento dei pianeti intorno al Sole. PRIMA LEGGE - Ciascun pianeta ruota attorno al Sole percorrendo un'orbita piana che ha la forma di un'ellisse; il Sole occupa uno dei due fuochi dell'ellisse. Il punto in cui il pianeta raggiunge la massima distanza dal sole si chiama afelio, mentre il punto di minima distanza viene detto perielio.

4 L'ellisse è il luogo geometrico dei punti del piano per i quali è costante (=2a ) la somma delle distanze da due punti fissi detti fuochi.

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6 SECONDA LEGGE - La velocità di ciascun pianeta lungo la sua orbita non è uniforme, ma cambia a seconda della sua posizione: il pianeta sarà più veloce nei pressi del perielio e più lento nei pressi dell'afelio. Precisamente, il raggio vettore che unisce il pianeta al sole, percorrerà aree uguali in tempi uguali. Nella figura, le aree azzurre rappresentano tratti di orbita percorsi nello stesso intervallo di tempo e quindi sono uguali.

7 TERZA LEGGE - E' la relazione tra le dimensioni delle orbite e i periodi di rivoluzione dei pianeti: i quadrati dei periodi di rivoluzione sono proporzionali ai cubi delle distanze cioè: (P 1 /P 2 ) 2 = (a 1 /a 2 ) 3 Dove P 1 e P 2 sono periodi di rivoluzione di due pianeti e a 1 e a 2 sono i semiassi maggiori delle loro orbite. Quindi la velocità media di un pianeta è tanto minore quanto più esso è lontano dal Sole

8 Newton Le leggi di Keplero descrivono compiutamente i moti dei pianeti, ma non ne risalgono alle cause. Perché i pianeti ruotano intorno al Sole, anziché allontanarsene in linea retta? Perché un corpo qualsiasi, lasciato cadere, precipita al suolo, ma questo non accade ai pianeti, Terra compresa, che non precipitano sul Sole?

9 Legge di gravitazione universale Due punti materiali qualsiasi si attraggono lungo la loro congiungente con una forza direttamente proporzionale al prodotto delle loro masse e inversamente proporzionale al quadrato della distanza. In formula, dette m 1 ed m 2 le masse dei due corpi, d la distanza tra i loro centri ed F la forza agente, si ha: F = G(m 1 m 2 )/d 2 dove G è la costante di gravitazione G = Nm 2 / kg 2

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11 Un pianeta subirà perciò una forte attrazione da parte del Sole, relativamente vicino e dotato di grande massa, ma sarà debolmente attratto dagli altri pianeti e dalle stelle (molto lontane) La somma di queste azioni impedisce al pianeta di muoversi in linea retta e con velocità costante: i pianeti sono in continua caduta verso il Sole e il risultato di questo equilibrio è l orbita ellittica che percorrono

12 Le galassie

13 Le galassie attive Sono galassie che ospitano al loro centro un Nucleo Galattico Attivo, ovvero un buco nero particolarmente efficace nel convertire la materia che attrae in radiazione luminosa Hanno nomi diversi a seconda del tipo di emissione che si osserva Il buco nero sta al centro di un disco di accrescimento che per fenomeni elettromagnetici produce due getti di plasma caldissimo che si propagano nello spazio (quasi) alla velocità della luce

14 Una galassia attiva è una galassia dove una frazione significativa dell'energia viene emessa da oggetti diversi dai normali componenti di una galassia (stelle, polveri e gas interstellare). Questa energia, a seconda del tipo di galassia attiva, può essere emessa lungo quasi tutto lo spettro elettromagnetico (come infrarossi, onde radio, UV, raggi X o raggi gamma).

15 Tutte le galassie attive sembrano essere alimentate da una regione compatta posta al loro centro. Alcune di queste regioni emettono getti di materia che possono essere molto lunghi, trasportando energia verso strutture estese (come nelle radiogalassie). Ma in tutti i casi è il nucleo, il cosiddetto motore centrale, ad essere la fonte di energia.

16 I Nuclei Galattici Oggi sappiamo che al centro di ogni galassia c è un buco nero molto massivo ( masse solari) Anche al centro della Via Lattea tutto lascia pensare che ci sia un buco nero simile

17 I nuclei galattici attivi, sono facilmente distinguibili dal resto della galassia; sono sorgenti intense di luce a tutte le lunghezze d'onda (dalle radio ai raggi X). A volte, lo spettro di questi nuclei rivela la presenza di enormi masse di gas in rapido movimento; galassie di questo tipo vengono dette di Seyfert. Alcune galassie hanno nuclei estremamente compatti e brillanti tali da superare le galassie per luminosità; vengono chiamati quasar (acronimo di oggetto QUAsi-StellARi). Per le proprietà che presentano, i quasar assomigliano molto ai nuclei attivi delle galassie di Seyfert. Peraltro i quasar sono molto rari e lontani

18 Modello standard: energia è generata da materia che cade in un buco nero supermassiccio di massa compresa tra 1 milione e 1 miliardo di volte quella del Sole. Quando la materia cade verso il buco nero, il suo momento angolare la costringe a formare un disco di accrescimento attorno al buco nero. L'attrito riscalda la materia e ne cambia lo stato in plasma (gas ionizzato ma nel complesso neutro), e questo materiale carico in movimento produce un forte campo magnetico. Il materiale che si muove dentro questo campo magnetico produce grandi quantità sia di radiazione che di radiazione termica sotto forma di raggi X

19 La temperatura vicino al buco nero è di milioni e forse di miliardi di gradi (migliaia di volte più caldo del centro del Sole). Spesso vengono osservati getti che si originano dal disco di accrescimento, anche se il meccanismo che porta alla formazione di questi getti è poco compreso. Il processo, alimentato dalla gravità del buco nero, è molto efficiente nel trasformare la materia in energia: quasi il 50% della materia in caduta può essere convertito in energia (molto più della fusione nucleare che alimenta le stelle)

20 Le radio galassie Sono galassie che hanno un intensissima emissione nel radio (in genere molte galassie emettono onde radio), localizzata in getti di plasma (particelle nucleari ad altissima velocità e materia gassosa, lanciati a grande distanza da esplosioni) caldissimo Sono anche dette galassie di Seyfert

21 Le onde radio sono radiazioni elettromagnetiche, proprio come la luce visibile, ma con frequenze milioni di volte più basse e con lunghezze d'onda che vanno da qualche millimetro fino a centinaia di chilometri. Fino al 1933 non si sapeva ancora che i corpi celesti emettessero onde radio. In quell'anno Karl Jansky, un ingegnere americano della Bell Telephone, rilevò dei segnali radio di indubbia origine cosmica, provenienti dal centro della nostra Galassia. Questa scoperta diede l'avvio allo sviluppo della radioastronomia, con la costruzione dei primi radiotelescopi.

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23 I Quasar QUASAR (QUASi stellar radio source) Sono radio galassie talmente lontane e vecchie da sembrare puntiformi, come le stelle Furono scoperte già negli anni 50, ma rimasero a lungo un mistero a causa dei loro enormi redshift Se ne conoscono circa Hanno luminosità 100 volte quella della Via Lattea Il più lontano che si conosce dista ben 13 miliardi di anni luce da noi

24 Le galassie radio-quiete Possono presentare forti emissioni nell X, o particolari linee di assorbimento Si possono ricordare: Galassie di Seyfert (tipo I e II), nell X LINERS, con particolari linee QSO (Quasi-Stellar-Object) radio-quieti

25 Il Gruppo Locale è il gruppo di galassie di cui fa parte la nostra galassia, la Via Lattea. comprende più di 50 galassie e il centro gravitazionale del gruppo si trova in un punto compreso fra la Via Lattea e la Galassia di Andromeda. Le galassie del Gruppo Locale si estendono su uno spazio di 10 milioni di anni luce di diametro con una forma assimilabile a un manubrio. I gruppi e ammassi di galassie Sono agglomerati di galassie, di numero e dimensione variabile, tenuti insieme dall'attrazione di gravità. Sono superati solo (come dimensioni) dai superammassi

26 Il Gruppo Locale fa parte del Superammasso della Vergine, che è dominato dall'ammasso della Vergine, il più vicino (60 milioni di anni luce) e ricco gruppo di galassie. I due membri più massicci del Gruppo sono la Via Lattea e la Galassia di Andromeda. Sono entrambe galassie a spirale, e ognuna di esse ha un sistema di galassie "satelliti".

27 Il gruppo locale è formato da 18 galassie, compresa la Via Lattea.

28 La Via Lattea Ha una forma a spirale in cui un nucleo centrale (nucleo galattico) è circondato da bracci che si dipartono da esso Comprende oltre 100 miliardi di stelle Ha diametro di circa anni luce Il centro è in direzione della costellazione del Sagittario, a a. l. da noi

29 Il Sole occupa una posizione periferica, a circa 3/5 del raggio galattico, e si trova sul bordo esterno del braccio di Orione (a questa spirale appartiene l omonima costellazione) Più all esterno rispetto al Sole vi è un altro braccio spiralato, il braccio di Perseo.

30 Il Sole si trova in posizione periferica, in uno dei bracci della spirale, precisamente sul bordo esterno del braccio di Orione. Il centro della galassia (nucleo galattico) è in direzione della costellazione del Sagittario, a a.l. da noi

31 Dalla nostra posizione (siamo immersi nella Via Lattea) vediamo le altre stelle addensate in ogni direzione sul piano del disco; le stelle che appaiono al di fuori della Via Lattea sono quelle più vicine a noi, comprese nello spessore del disco. Tutte le stelle dei bracci ruotano intorno al centro della Galassia, con velocità decrescenti dal centro alla periferia

32 Gli ammassi stellari Nella nostra Galassia esistono anche ammassi stellari, cioè gruppi di stelle che si muovono tutte insieme, relativamente vicine tra loro, Alcuni ammassi sono aperti, con le stelle (qualche centinaio) distribuite in modo irregolare. Altri sono globulari (fino a stelle, molto vicine tra loro) Gran parte degli ammassi si trova al di fuori del disco della galassia e forma una nuvola rarefatta chiamata alone galattico