Cosmologia. AA 2011/2012 Alessandro Marconi Dipartimento di Fisica e Astronomia

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1 Cosmologia AA 2011/2012 Alessandro Marconi Dipartimento di Fisica e Astronomia

2 Contatti e Materiale Didattico Alessandro Marconi alessandro.marconi@unifi.it tel: Largo Fermi 2 Porta Osservatorio di Arcetri Poggio Imperiale Dipartimento di Fisica e Astronomia Villa il Gioiello Pian dei Giullari Dove trovare le lezioni Didattica Piattaforma moodle (iscrizione con credenziali ateneo) cercare corso Cosmologia

3 Bibliografia Malcolm Longair Galaxy Formation Springer Nuova Edizione: Dicembre 2007 A. Marconi Cosmologia (2011/2012) 3

4 Argomenti del corso Basi osservative: radiazione cosmica di fondo, struttura a larga scala, legge di Hubble Basi teoriche: curvatura dello spazio e la metrica, equazioni di Friedmann e loro caratteristiche, i parametri cosmologici La storia termica dell'universo La nucleosintesi Lo sviluppo e l'evoluzione delle fluttuazioni primordiali L'importanza della materia oscura La ricombinazione: il fondo cosmico a microonde e le sue fluttuazioni L'epoca successiva alla ricombinazione Il mezzo intergalattico Evoluzione cosmologica di galassie e nuclei attivi ( Fisica delle Galassie) Modelli di formazione ed evoluzione delle galassie ( Fisica delle Galassie)

5 Introduzione Lezione 1

6 La Cosmologia La Cosmologia studia la struttura e l evoluzione dell universo osservabile L universo, ovvero il sistema fisico in esame, è unico per cui non è possibile ripetere le osservazioni Le osservazioni cosmologiche sono limitate dalla velocità finita della luce: dati r, t di una sorgente (osservatore in r=0, t=t0), la possiamo osservare solo se r = c (t0-t) Universo deve avere struttura semplice per poter essere studiato. A. Marconi Cosmologia (2011/2012) 6

7 Osservazioni Cosmologiche Fondamentali Paradosso di Olbers: il cielo di notte è buio Distribuzione uniforme delle galassie in cielo Legge di Hubble: v = H0 r Abbondanza cosmica dell Elio: He è ~ 25-30% massa totale Età degli ammassi globulari della nostra galassia: più vecchi ~12 Gyr Emissione cosmica di fondo: Cosmic Microwave Background (CMB) Spettro della CMB: corpo nero con T=2.728±0.004 K Conteggi numerici delle radio sorgenti: universo euclideo, popolazione uniforme N(>S) ~ S -3/2 A. Marconi Cosmologia (2011/2012) 7

8 Conteggi di radio sorgenti n(s)/s -5/2 Fig Number counts of radio sources as a function of flux, Per universo Euclideo, statico e infinito una popolazione con funzione di luminosità costante nello spazio e nel tempo ha N(>S) ~ S -3/2 n(s) ~ S -5/2

9 Età degli ammassi Helium Flash Turn off point white dwarfs gap Horizont al branch Red Giant Branch Main Sequence Ammasso globulare Messier 5 (M5) Ammasso globulare 47 Tucanae

10 Conseguenze e sviluppi L universo non può essere contemporaneamente Euclideo (geometria piatta), infinito e statico. Possiamo assumere che l universo sia omogeneo ed isotropo (Principio Cosmologico) Principio Cosmologico + Relatività Generale Equazioni di Friedman (evoluzione temporale di universo in espansione con età ~1/H0 ~ 14 Gyr) Universo in espansione Big Bang (universo di dimensioni infinitesime) Temperature iniziali molto alte reazioni di fusione nucleare (nucleosintesi primordiale e produzione di He) A. Marconi Cosmologia (2011/2012) 10

11 Conseguenze e sviluppi Espansione universo si raffredda, ricombinazione p+e = H e disaccoppiamento da radiazione radiazione fossile della CMB Equazioni di Friedman = evoluzione universo su grande scala; su piccole scale si segue l evoluzione delle piccole perturbazioni per spiegare la formazione delle strutture (galassie ed ammassi di galassie) E necessaria la presenza di perturbazioni preesistenti Δρ/ρ~10-4 per spiegare le strutture esistenti adesso sono quelle osservate nella CMB 70% Dark Energy Costituente fondamentale per spiegare le strutture osservate: Materia Oscura (Dark Matter) Esistenza di una Costante Cosmologica: ~96% dell universo è ignoto! A. Marconi Cosmologia (2011/2012) 4% Barions 26% Dark Matter 11