L Universo invisibile della Radioastronomia

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1 L Universo invisibile della Radioastronomia Le onde radio Gli inizi I radiotelescopi L universo radio 29 Marzo 2009 Corrado Trigilio

2 La Radioastronomia non e`... ascoltare i dati radio! ma osservare ed interpretare i dati radio

3 Cosa significa Osservare Noi vediamo un oggetto quando la luce emessa o riflessa da esso interagisce con le cellule dei nostri occhi Osservare un oggetto astronomico significa far interagire la radiazione elettromagnetica che emette con appositi rivelatori

4 Cos è allora la radiazione elettromagnetica? Un onda che trasporta energia Un oscillazione del campo elettrico e magnetico Causata dall oscillazione di cariche elettriche Un pacchetto di energia (un fotone) Si propaga anche nel vuoto (non esiste l etere) Viaggia alla velocità della luce ( km/s) che è la stessa, indipendentemente dalla velocità dell osservatore

5 Lo Spettro Elettromagnetico Piccola l, grande energia Banda RADIO Grande l, bassa energia Range di l: da 300 metri a 0.5 mm Range di frequenze: da 1 MHz a 500 GHz

6 Ma non tutta la radiazione dallo spazio arriva alla superficie terrestre L UV, i raggi X ed i g ionizzano l atmosfera creando una barriera

7 Finestra radio largo intervallo di l (n) da l ~ 0.33 mm a ~ 20 m! (n = 1300 GHz ~ 15 MHz )

8 La nascita della radioastronomia ma prima ancora 1901 Guglielmo Marconi: Prime comunicazioni transatlantiche a bassa frequenza

9 Compagnie telefoniche molto interessate Inizio dell uso commerciale delle comunicazioni radio Le apparecchiature richiedevano grandi potenze... Ricetrasmittenti ad onde corte (3-30 MHz) più economiche Si cercò di trasmettere a onde corte, ma

10 Trasmissioni ad alta frequenza (20-30 MHz) rumorose Perché??? Karl Jansky (AT&T Bell Labs ) ascolto sistematico con antenna direttiva a 22 MHz

11 Cosa trovò? Scariche elettrostatiche da temporali Debole rumore non identificabile ma periodico con la rotazione della Terra! (23 ore e 56 minuti) di origine cosmica! Stava osservando il centro della Galassia (Sagittarius-A)

12 5 maggio 1933

13 Come vediamo il cielo con i nostri occhi All inizio la Radioastronomia non fu accettata come parte dell Astrofisica Ma qualche astronomo lungimirante capì che l universo è trasparente alle onde radio si può osservare fino al confine dell Universo si vedono cose mai viste prima

14 In luce normale, nel visibile,

15 ...non vediamo il centro della Galassia che nel Radio è stata la prima sorgente osservata!

16 ...non vediamo il centro della Galassia

17 Il centro della Galassia Visibile Tante stelle Ammassi stellari Nebulose Nubi interstellari Centro nascosto

18 Il centro della Galassia Infrarosso Nebulose Nubi interstellari Polveri in emissione Centro visibile

19 Il centro della Galassia Scompaiono le stelle Oggetti non visti prima Resti di Supernovae Nebulose diffuse Sgr A Radio Il più brillante Il centro della Galassia

20 Sagittarius A Sgr A* Grande dinamica Strutture a filamenti Campi magnetici

21 Sgr A* Una struttura vorticosa a girandola Il vero Nucleo della Galassia. Gas ionizzato entro 10 anni luce da un qualcosa Il nucleo a 1,3 cm. Siamo a 2 a.l vicino al centro.

22 Siamo in grado di osservare stelle che si muovono attorno al centro (con misure radio e IR). Da quanto si muovono velocemente si risale alla massa di ciò che sta al centro Massa Buco Nero: Qualche MILIONE di masse solari M

23 Il Radiotelescopio Convogliano le onde in un unico Accuratezza punto, il fuoco Specchio 0.1 l La sensibilità cresce con l area del telescopio (d 2 )

24 L onda radio viene convertita in segnale elettrico Il segnale viene poi analizzato

25 Grandi Radiotelescopi nel mondo Jodrell Bank (Manchester) 75 m Grandi Radiotelescopi nel mondo

26 Grandi Radiotelescopi nel mondo Parkes (Australia) 64 m Grandi Radiotelescopi nel mondo

27 Grandi Radiotelescopi nel mondo Effelsberg (Bonn) 100 m

28 Grandi Radiotelescopi nel mondo Arecibo (Portorico) 300 m

29 Il potere risolutivo Se osserviamo una sorgente puntiforme sottende un angolo ~l /d un radiotelescopio di 32 m di diametro vede

30 Confrontiamo col nostro occhio Banda radio: l = 20 cm D= 30 m 30 I Radio telescopi sono un po miopi! D= 80 m 10 D=700 m 1 Occhio : l ~ 10-3 mm D = 5 mm 1

31 Ma anche con i più grandi radiotelescopi non abbiamo grandi poteri risolutivi Come facciamo a sapere da quale astro proviene la radiazione???

32 IDEA!!! (da premio Nobel) Perchè non ne costruiamo uno enorme, finto, fatto da tanti altri piccoli radiotelescopi???

33 Nasce l Interferometria Grazie al fatto che la radiofrequenza è facilmente maneggiabile d Potere Risolutivo ~ l/d (d = distanza antenne)

34 Westerbork (Olanda) 14 antenne di 25 m D max ~ 3 km 1 a 20 cm

35 ATCA (Australia) 6 antenne di 22 m D max ~ 6 km

36 Very Large Array (New Mexico) 27 antenne di 25 m D max ~ 30 km 1 a 20 cm

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39 Very Long Baseline Interferometry VLBI Network europeo 18 Radiotelescopi risoluzione: 1 millesimo di secondo d arco

40 Very Long Baseline Interferometry VLBI Network europeo

41 Un millesimo di secondo d arco??? Cos è??? L angolo sotteso da: Una mosca vista da 1000 km di distanza Un uomo sulla luna visto da terra Paradossalmente, il più alto potere risolutivo si ottiene nel radio, dove l è grande

42 Very Long Baseline Array (VLBA) Dal antenne da 25-m negli USA Correlatore a Socorro (NM)

43 L INTERFEROMETRO A LUNGHISSIMA BASE Global VLBI Un radio telescopio grande come la Terra!

44 La Radioastronomia in Italia

45 MEDICINA 32 m CROCE DEL NORD (1964) 408 MHz 73.5 cm EW: 564 x 36 m NS: 64 a d=10 m (23.5 x 8 m) Parabola di 32 m GHz 1983

46 Radiotelescopio MEDICINAdi NOTO CROCE DEL NORD (1964) 408 MHz 73.5 cm EW: 564 x 36 m NS: 64 a d=10 m (23.5 x 8 m) - Freq. 327 MHz / 43 GHz - Lungh. d onda 90 cm / 7 mm - Accuratezza Specchio: 0.2 mm

47 Foto aerea del 2003 SARDINIA RADIO TELESCOPE S. Basilio (Cagliari) 64 m 300 MHz 100 GHz Foto aerea del 2007 Foto aerea del 2008

48 Breve viaggio nell Universo radio Abbiamo già visto Sgr A La nascita e la morte delle stelle Galassie Radio Jets ci sarebbero tantissime altre cose!

49 Dove nascono le stelle L483 Nube molecolare Infrarosso (1.2 microns) Radio: molecola CO Vediamo dentro le nubi di polveri

50 con i loro sistemi planetari Nebulosa di Orione

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52 Ma la radioastronomia ci rende testimoni sia della nascita che della morte violenta delle stelle Cassiopeia A Resto di Supernova esplosa 300 anni fa

53 Ma la radioastronomia ci rende testimoni sia della nascita che della morte violenta delle stelle Resto della supernova vista nel 1054 La stella centrale è diventata una PULSAR La Nebulosa del Granchio

54 Supernovae in altre galassie SN 1993J in M81 Observazioni VLBI dal 17 Mag 1993 al 25 Feb2000

55 Andiamo a vedere le altre galassie normali

56 Idrogeno nelle Galassie Biano-nero: immagine ottica M51 Blu : Immagine radio alla frequenza dell idrogeno (21cm) dove si formano nuove stelle più estesa della regione popolata da stelle

57 Idrogeno nelle Galassie Biano-nero: immagine ottica NGC 6946 Blu : Immagine radio alla frequenza dell idrogeno (21cm) dove si formano nuove stelle più estesa della regione popolata da stelle

58 Le galassie interagiscono tra loro Immagine ottica del gruppo di M81 Osservazioni radio VLA (1994)

59 e i loro scontri innescano la nascita di nuove stelle Visibili molte regioni di formazione stellare, nubi di polveri NGC immagini VLA (riga 21 cm HI) e HST Gruppo di galassie interagenti detto Antennae

60 Le Radio Galassie: oggetti con energie mostruose Cygnus A Distanza: 800 Milioni a.l Estensione lobi a.l L energia della radiosorgente è milioni di volte maggiore di quella equivalente alla massa del Sole

61 Sono tra le radiosorgenti più intense sono tante 3C295 (Minkowski 1960) (molto più distante di CygA) Centaurus A Associata a galassia peculiare NGC 5128 A 15 M a.l.

62 Virgo A, associata alla galassia gigante ellittica M87 VLA immagine radio di M87

63 Distanza: 100 M a.l. Associata a galassia ellittica gigante NGC1316. Radio lobi 600,000 a.l. Fornax A Cannibalismo galattico, NGC1316 sta risucchiando la piccola galassia in alto

64 3c296 Radio galassia 3C296 (NGC5532) I radio lobi hanno un estensione di circa 500,000 a.l.

65 La galassia ottica associata è sempre molto meno estesa. Centaurus A Radio lobi estesi fino a milioni di anni luce Ma da dove viene tutta quest energia???

66 Da un BUCO NERO al centro di ogni galassia Masse fino ad un miliardo di masse solari Disco di accrescimento La materia in caduta forma un disco che si riscalda (raggi X, g, accelerazioni relativistiche radio) La materia accelerata si propaga nei Jet osservati

67 Tra i fenomeni più energetici dell Universo

68 Fine??? c è ancora tanto da scoprire