Lucio Paternò Dipartimento di Fisica e Astronomia Università di Catania

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1 Lucio Paternò Dipartimento di Fisica e Astronomia Università di Catania

2 EINSTEIN 1915 Nascita della Relatività Generale e della Cosmologia Moderna R - g R + g = (8 G/c 4 )T R tensore di curvatura di Ricci g tensore metrico R geometria dello spazio-tempo T tensore materia-energia G costante di gravitazione universale c velocità della luce nel vuoto costante cosmologica

3 Equazioni del fluido cosmico... 2R/(Rc 2 ) + R 2 /(R 2 c 2 ) + k/r G r /(3c 2 ) = 0. R 2 /(R 2 c 2 ) + k/r 2 - /3 + 8 G( m + r )/(3c 2 ) = 0 R(t) raggio dell universo k curvatura dell universo m densità della materia r densità della radiazione

4 PIU SEMPLICEMENTE forza di espansione forza di gravità = massa dell universo accelerazione + forza di

5 miliardi di anni addietro Conseguenze della Relatività età dell universo 5 limiti dell universo 0 NOI OGGI miliardi di anni luce

6 k > 0 k = 0 k < 0

7 VALIDITA DELLA RELATIVITA GENERALE - Deviazione dei raggi luminosi - Avanzamento del perielio di Mercurio - Red-shift gravitazionale - Lenti gravitazionali

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11 Anello di Einstein Croce di Einstein Lente gravitazionale disomogenea

12 STUDIO DEGLI OGGETTI CHE HANNO CONDOTTO ALLA CONOSCENZA ATTUALE DELL UNIVERSO

13 Lo studio del Sole, la stella più vicina, ha condotto alla conoscenza della struttura ed evoluzione delle stelle.

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16 Lo studio degli ammassi stellari e delle nubi interstellari ha condotto alla conoscenza della struttura, dinamica ed evoluzione delle galassie.

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19 Eagle Nebula M16

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21 Carina

22 HH 901 Carina Nebula

23 Cat s Eye Nebula NGC 6543

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25 Lo studio delle galassie e degli ammassi di galassie ha condotto alla conoscenza della struttura ed evoluzione dell universo.

26 M31 - ANDROMEDA

27 NGC 1300

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30 Sombrero Galaxy M104

31 Sombrero Galaxy M104

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37 UDF

38 UDF Crop

39 UDF Detail

40 LE CANDELE STANDARD DELL UNIVERSO FONDAMENTALI INDICATORI DI DISTANZA

41 F = L / (4 d 2 ) F = 0.08 W/m 2 L = 100 W 10 m L = 100 W F = W/m m L = 100 W F = W/m m

42 RELAZIONE P-L DELLE STELLE CEFEIDI L Cephei L P P (giorni)

43 ESPLOSIONI DI SUPERNOVAE dopo prima

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45 V838 Mon

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52 Ritorniamo ai tempi di Einstein

53 Hubble scoperta della recessione delle galassie

54 HUBBLE 1929 H o = 500 km s -1 Mpc -1 V r = H o d t U H o -1 = 1.96 miliardi di anni

55 this was the biggest mistake of my life; the universe is expanding! = 0

56 Le 4 pietre angolari sulle quali si poggia il Big-Bang - legge di Hubble - nucleosintesi primordiale - radiazione del fondo cosmico - conteggi delle radiogalassie

57 MODERN HUBBLE LAW H = 72 ± 6 km s -1 Mpc.1 t U = 13.6 ± 1.0 miliardi di anni

58 PRIMORDIAL NUCLEOSYNTHESIS Burbridge, Burbridge, Fowler, Hoyle (B 2 FH) Rev. Mod. Phys. 29, (1957)

59 Penzias & Wilson 1965

60 Conteggi delle radiogalassie 1960 N S -

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62 . R/R = H o k/r 2 = (H o /c) 2 (8 G/3H o2 ) m 1 m = 3M/4 R 3 r = 4σT 4 /c 3 << m m,c = 3H o2 /8 G; Ω m = m / m,c k/r 2 = (H o /c) 2 (Ω m 1) Ω m = 1 k = 0 Universo Euclideo Ω m > 1 k > 0 Universo chiuso Ω m < 1 k < 0 Universo aperto Ω m = Ω bar + Ω dm

63 Fato dell Universo = 0 R Ω < 1 Ω = 1 Ω > 1 BIG-BANG OGGI tempo BIG CRUNCH

64 Quanta materia vi è nell universo? - ordinaria - oscura Studio degli ammassi di galassie (rapporto M/L)

65 Bullet Cluster

66 Dark matter ring in Cl

67 Materia ordinaria: 4 % Materia oscura (WIMPS, neutralini, axioni?): 23% Ω m = 0.27 < 1 k < 0 UNIVERSO APERTO

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69 COSMIC MICROWAVE BACKGROUND FLUCTUATIONS K

70 COBE BOOMERANG 2000 WMAP 2003

71 Cosmic background fluctuations (WMAP)

72 Cosmic fluctuation spectrum 1

73 CMB inhomogeneities >1 =1 <1

74 OSSERVAZIONI DI CMB + OSSERVAZIONI DI DARK MATTER k = 0 Ω m = 0.27

75 Risultati incompatibili con = 0 k/r 2 = (H o /c) 2 (Ω m 1)

76 k/r 2 = (H o /c) 2 (Ω m + Ω -1) Ω = c 2 /3H o 2 k = 0 Ω = Ω m + Ω = 1 Ω m = 0.27 Ω = 0.73

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78 LA STORIA DELL UNIVERSO ALLA LUCE DELLE MODERNE TEORIE COSMOLOGICHE

79 Dark Energy Inflation

80 t t s T = K -LA era LA pre-era FORZA di NUCLEARE Planck di DEBOLE Planck LA FORTE GRAVITA -SI FORZE SEPARA SI SEPARA UNIFICATE SI SEPARA DALLA t = t 10 = DALLA ELETTROMAGNETICA t 1-6 = s ELETTRODEBOLE 3 s T T = T = 10 = K 137 K UNIVERSO CONFINAMENTO TRASPARENTE DEI QUARK AI NEUTRINI SINTESI BOSONE INIZIA PRIMORDIALE DI L INFLAZIONE HIGGS t = anni T = K UNIVERSO TRASPARENTE AI FOTONI LE 4 FORZE DELLA NATURA Gravità Elettromagnetica Nucleare forte BIG-BANG ERA DI PLANCK INFLAZIONE OGGI Debole tempo

81 MATERIA E RADIAZIONE NELL UNIVERSO densità kg/m 3 1 materia radiazione Universo dominato dalla materia OGGI Universo dominato dalla radiazione anni

82 UNIVERSO INFLAZIONARIO R (cm) epoca inflazionaria OGGI secondi

83 LA FORMAZIONE DEGLI AMMASSI DI GALASSIE SIMULAZIONE NUMERICA

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91 LE SUPERNOVAE DEBOLI E L ACCELERAZIONE DELL ESPANSIONE DELL UNIVERSO

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93 Fato dell Universo Ω = 0.73 R Ω m = 0.27 BIG-BANG OGGI tempo

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