Fondamenti di Astrofisica. Alessandro Marconi

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1 Alessandro Marconi

2 Contatti, Bibliografia e Lezioni Prof. Alessandro Marconi Dipartimento di Astronomia e Scienza dello Spazio, Largo E. Fermi 2 marconi@arcetri.astro.it, alessandro.marconi@unifi.it tel: Bibliografia Dan Maoz Astrophysics in a Nutshell Princeton University Press Freedman & Kaufmann, Universe (8a edizione) WG Freeman and Company Dove trovare le lezioni Didattica 2

3 Astrofisica e Fisica Principali differenze tra Astrofisica ed altri rami della Fisica: Scienza osservativa, no esperimenti di laboratorio Informazione da onde elettromagnetiche (ed in piccola parte neutrini, raggi cosmici, onde gravitazionali) Tempi scala evolutivi vita umana Sorgenti osservate nel passato Sistemi complessi in condizioni fisiche estreme 3

4 Sistemi Astrofisici: Terra Raggio: R = 6378 km Massa: M = kg Densità media: ρ = 5.5 g cm -3 Periodo di rotazione: T = 24 h 4

5 Sistemi Astrofisici: Luna Raggio: R = 1738 km = 0.27 R Massa: M = kg = 0.01 M Densità media: ρ = 3.3 g cm -3 = 0.6 ρ Distanza Terra-Luna: D = 384,400 km = 1.28 ls Periodo orbitale: T = 27.3 d Terra e Luna viste dal satellite Galileo Velocità media orbitale: V = 2π D / T = 1.02 km s -1 5

6 Sistemi Astrofisici: Sole Raggio: R = km = 109 R Massa: M = kg = M Densità media: ρ = 1.4 g cm -3 = 0.26 ρ Distanza Terra-Sole: D = km = 8.3 lm Unità Astronomica (AU) Periodo orbitale della Terra: T = 1.0 y = d Velocità media orbitale: V = 2π D / T = 29.8 km s -1 Luminosità (Energia/tempo): L = erg s -1 6

7 Sistemi Astrofisici: Sistema Solare Otto pianeti: Mercurio, Venere, Terra, Marte (rocciosi), Giove, Saturno, Urano e Nettuno (gassosi) Plutone è stato recentemente ri-classificato come pianeta nano Giove - il pianeta più grande Massa: 318 M Raggio: 11.9 R Densità media: 1.35 g cm -3 Periodo Orbitale: 11.9 anni Plutone (trans-nettuniano) Massa: M Raggio: 0.19 R Periodo Orbitale: anni 7

8 Sistemi Astrofisici: Sistema Solare III a Legge di Keplero: a 3 P 2 = G M ( a ) ( ) 3 2 P = 4π 2 1 AU 1 yr Giove Periodo Orbitale: 11.9 anni Distanza dal Sole: 5.2 AU Nettuno Periodo Orbitale: 165 anni Distanza dal Sole: 30 AU = 4.16 lh Nube di Oort Fino a ~100,000 AU dal Sole 8

9 Sistemi Astrofisici: Stelle Stella più vicina al Sole: Proxima Centauri Distanza: 4.2 ly (distanza media tra stelle ~3 ly) 1 Anno Luce (ly) = cm

10 Sistemi Astrofisici: Stelle Il nostro Sole è una stella abbastanza tipica. In generale le stelle variano molto in: Età (oss yr) Massa ( M ) Luminosità ( L ) Raggio ( R ) Temperatura superficiale (3000 K K) legata al colore della stella (Rosso Blu) Ammasso aperto M25 10

11 Sistemi Astrofisici: La Via Lattea Sole Via Lattea: ~ stelle Distanza Sole-centro: ly Diametro disco: ~ ly Spessore disco: ~ ly Massa totale: ~ M Massa visibile : ~20% MTOT Luminosità totale: ~ L 11

12 Sistemi Astrofisici: Ammassi Globulari Ammassi sferoidali di stelle vecchie (prima generazione stelle galassia) tenuti insieme dalla gravità. Contengono ~ stelle. Raggio tipico ~30 ly. Distanza media tra stelle: ~0.5-1 ly M13 Circa 200 ammassi globulari in orbita nella Via Lattea. 12

13 Sistemi Astrofisici: ISM Mezzo Interstellare (ISM): gas e polvere (~ M ) Densità media: 1 particella cm -3 ~ g cm -3 Il gas è tipicamente in 4 fasi con T ~ K. Nebulosa di Orione Nubi molecolari giganti: nubi relativamente dense di gas molecolare e polvere; masse tipiche >10 5 M ; diametri ~150 ly; luoghi di nascita delle stelle. Resto di Supernova (Vela) 13

14 Sistemi Astrofisici: Il Gruppo Locale 2 galassie a spirale giganti (MW, M31) 1 spirale media (M33) & >30 galassie nane Diametro: ~5 106 ly Diametro disco: ~ ly Andromeda (M31) Massa totale: ~ M Distanza ~ ly Luminosità totale: ~ L 14

15 Sistemi Astrofisici: Galassie Galassie a Spirale es. M83 Galassie Ellittiche es. Messier 87 (M87) Galassie Irregolari es. Grande Nube di Magellano Dimensioni tipiche: ly Masse tipiche: M Luminosità tipiche: L Età delle pop. stellari: < 1 Gyr fino a ~14 Gyr 15

16 Sistemi Astrofisici: AGN Radiosorgente Cigno A galassia ospite 500,000 ly Circa il 10% di tutte le galassie presentano un Nucleo Galattico Attivo (Active Galactic Nucleus - AGN). Sorgenti compatte ( < 1 ly) e luminose ( L ) di radiazione al centro delle galassie. In alcuni casi noti come Quasar, l AGN è così luminoso da nascondere la galassia stessa (LAGN ~100 Lgalassia da un volume VAGN~10-10 Vgalassia). 16

17 Sistemi Astrofisici: Ammassi di Galassie Una parte dell ammasso della Vergine La maggioranza delle galassie vive in ammassi. Il Gruppo Locale è un ammasso povero. Ammassi ricchi contengono ~1000 galassie. M87, galassia centrale dell ammasso della Vergine L ammasso della Vergine contiene 2500 galassie Diametro: ~10 7 ly Distanza: ~ ly 17

18 Sistemi Astrofisici: Super-Ammassi ly Gli ammassi di galassie sono raggruppati in superammassi Diametro: ~ ly Gerarchia di strutture (simulazione) I superammassi formano filamenti e muri attorno a vuoti. Queste sono le strutture più grandi note nell universo. Hanno dimensioni tipiche dell ordine di ~ ~ ly. 18

19 Galassie nell Universo Nell universo ~10 11 galassie. Hubble Ultra Deep Field Lunga esposizione (~400 h) su una parte di cielo apparentemente vuota, di diametro ~1/10 quello della luna piena. Rivelate ~10 4 galassie; le più distanti arrivano a d~10 10 ly. L oggetto più distante noto è un quasar a ~ ly (universo aveva 5% dell età attuale). 19

20 Dimensioni tipiche 1.5 m cm Dimensione tipica dell uomo km cm Diametro della Terra km cm Diametro del Sole 1 AU cm Distanza Terra-Sole 60 AU cm Diametro dell orbita di Nettuno AU cm Distanza di Proxima Centauri dal Sole ly cm Distanza del Sole dal centro della Via Lattea 10 5 ly cm Diametro della Via Lattea ly cm Distanza della Galassia di Andromeda 10 7 ly cm Diametro dell Ammasso della Vergine ly cm Distanza dell Ammasso della Vergine ly cm Diametro tipico di un Superammasso ly cm Oggetto più distante noto al 2009 (Quasar) 20