Le distanze in Astronomia

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1 Le distanze in Astronomia

2 Argomenti trattati Distanze astronomiche: alcuni metodi di misura Le galassie: morfologia e classificazione Cosmologia: accenni

3 DISTANZE ASTRONOMICHE

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5 DISTANZA E TEMPO La Luna dista circa km A piedi (5km/h) = 8,7 anni In auto (120km/h) = 4,5 mesi In aereo (1000km/h) = 16 giorni

6 DISTANZA E TEMPO Il Sole dista km (390 volte la Luna) In aereo (1000km/h) = 17 anni (!!!)

7 DISTANZA E TEMPO Plutone dista km (39,5 volte il Sole) In aereo (1000km/h) = 671 anni (!!!) Con le sonde spaziali: circa 10 anni LA LUCE IMPIEGA INVECE SOLO 5,5 ORE

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10 LA MISURA DELLA TERRA Il primo a misurare il raggio, e quindi la circonferenza, della Terra fu Eratostene nel II secolo a.c., basando i suoi calcoli sui seguenti dati: - la distanza fra Alessandria e Siene (oggi Assuan), due città sullo stesso meridiano; - la differente altezza raggiunta dal Sole a mezzogiorno del solstizio estivo nelle due città: a Siene, sul Tropico, il Sole arriva allo zenit (i raggi sono perpendicolari al suolo) mentre ad Alessandria arriva a circa 83 sull'orizzonte. Poiché la distanza Siene-Alessandria era di stadi (circa 787,5 km dato che 1 stadio = 157,5 m), Eratostene stabili la relazione: 7 : 360 = stadi : x da cui ricavò per la circonferenza un valore di stadi, pari a km circa. Un valore sorprendentemente vicino al vero ( km).

11 10pc 100pc 1 kpc 10 kpc 100 kpc 10 Mpc 1 Mpc Parallasse Ammasso della Chioma Ammasso della Vergine M31 Grande Nube di Magellano Centro della Via Lattea Ammasso Aperto Delle Pleiadi Alpha Centauri 1pc 100 Mpc 1000 Mpc Supernovae Tipo Ia Variabili Cefeidi (Popolazione I) Parallasse Spettroscopica Legge di Hubble

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13 Parallasse trigonometrica È un metodo privo di alcuna assunzione teorica! Terra Sole P

14 Parallasse trigonometrica Lalande P 0,4 arcsec d = 2,5 pc = 8,15 al

15 Parallasse trigonometrica 1 d= P[arcsec] 1 parsec: distanza alla quale l angolo sotteso è 1 1 parsec = 3,26 anni luce = km 4,795 km Alberto Milani -

16 Parallasse trigonometrica 1838: prima misura della distanza di una stella (61 Cigni) con il metodo della parallasse Misurò p = 0,31 arcsec, da cui dedusse d 3 parsec D = 1/p Friedrich Wilhelm Bessel La misura più moderna è P = 0,28547 arcsec ( ) Matematico e astronomo tedesco Oggi: Telescopi da terra P > 0,01 arcsec d < 100 pc (poche migliaia di stelle)

17 HIPPARCOS (High Precision PARallax COllecting Satellite - ESA) Prima missione dedicata alla misura delle parallassi stellari Distanze di stelle vicine Moto proprio delle stelle Consorzio industriale: Matra Marconi Space (Franco-Britannica) Alenia Spazio (Italiana) Lancio: 18 agosto 1989, base spaziale ESA di Kourou (Guyana Francese) Orbita: Originariamente: 36000km, geostazionaria Per un difetto al lancio: orbita altamente ellittica (perigeo 526 km, apogeo km) Fine missione: 17 agosto 1993 Quasi tutti gli obiettivi sono stati raggiunti

18 HIPPARCOS (High Precision PARallax COllecting Satellite) Programma scientifico: 1. Esperimento Hipparcos: Misura della posizione di circa stelle con precisione circa 0,002-0,004 arcsec 2. Esperimento Tycho: Misura della posizione di circa con precisione circa 0,01 arcsec + misura fotometrica in due colori Risultati pubblicati nel 1997: 3. Catalogo Hipparcos: stelle con precisione 0,001 arcsec 4. Catalogo Tycho: più di un milione di stelle con risoluzione 0,02-0,03 arsec + fotometria E ORA?

19 GAIA (Global Astrometric Inteferometer for Astrophysics ESA) Precisione astrometrica: 0,0001 arcsec! Osservazione di 1 miliardo di stelle fino mag. 20 Ogni stella verrà osservata circa 70 volte - alta precisione nella distanza, moti propri, cambiamenti di luminosità Previsione della scoperta di migliaia di nuovi oggetti celesti - pianeti extrasolari (più di 10000) - nane brune - migliaia di comete e asteroidi (nel sistema solare) Lancio: 19 dicembre 2013 Durata: 5 anni Orbita: Punto lagrangiano L2 (1,5 milioni di km dalla Terra)

20 1pc 10pc 100pc 1 kpc 10 kpc 100 kpc 1 Mpc 10 Mpc 100 Mpc 1000 Mpc Parallasse Ammasso della Chioma Ammasso della Vergine M31 Grande Nube di Magellano Centro della Via Lattea Ammasso Aperto Delle Pleiadi Alpha Centauri

21 Parallasse spettroscopica Viene utilizzata principalmente per ammassi stellari in cui tutte le stelle sono alla stessa distanza Parallasse trigonometrica di stelle di un tipo spettrale mag assoluta per quel tipo spettrale Campione di stelle dello stesso tipo spettrale in un ammasso si può determinare la distanza dell ammasso Poiché la distanza è la stessa per tutte le stelle dell ammasso si può calibrare il diagramma HR in termini di mag assoluta

22 Le classi spettrali

23 Parallasse spettroscopica Facciamo un esempio: Sirio. Stella bianco-azzurra di m -1,46, classe spettrale A1, parallasse 0,38, distanza 8,6 a.l. (2,64 pc). Tramite la relazione tra m e distanza ricavo M. M= 5 5 log d + m M = 1.4 Faccio l'assunzione che TUTTE le stelle di classe spettrale A1 abbiano una M pari a 1,4 (e così via per le altre classi spettrali). Analizzando lo spettro di molte stelle di un ammasso globulare, ne calcolo la distanza perchè conosco m e M. d = 10 (m-m + 5)/5

24 10pc Parallasse 100pc 1 kpc 10 kpc 100 kpc 1 Mpc 10 Mpc Ammasso della Chioma Ammasso della Vergine M31 Grande Nube di Magellano Centro della Via Lattea Ammasso Aperto Delle Pleiadi Alpha Centauri 1pc 100 Mpc 1000 Mpc Importanza delle misure astrometriche: GAIA! Parallasse Spettroscopica

25 Stelle variabili - Cefeidi Variazione di luminosità di Delta Cephei Periodo Cefeidi: Periodo: giorni Massa: 5-7 Msun Raggio: Rsun John Goodricke

26 Variabili Cefeidi 1912: osservazione di circa 1800 Cefeidi nelle Nubi di Magellano Henrietta Swan Leavitt ( ) Astronoma statunitense Scoperta: le Cefeidi più brillanti hanno periodo più lungo!

27 Variabili Cefeidi

28 Variabili Cefeidi È necessario calibrare (in magnitudini assolute) la relazione periodo-luminosità Misura della distanza delle Cefeidi con altri metodi M= 5 5 log d + m Luminosità apparente Luminosità assoluta! Periodo

29 10pc 100pc 1 kpc 10 kpc 100 kpc 10 Mpc 1 Mpc Ammasso della Chioma Ammasso della Vergine M31 Grande Nube di Magellano Centro della Via Lattea Ammasso Aperto Delle Pleiadi Alpha Centauri 1pc 100 Mpc 1000 Mpc Parallasse Variabili Cefeidi (Popolazione I) Parallasse Spettroscopica

30 Supernovae Tipo Ia Gigante o supergigante Sistemi di stelle binarie compatte C è passaggio di materia tra le due stelle Nana bianca L aumento di massa causa l esplosione della nana bianca Si pensa che l esito sia la completa distruzione della stella

31 Supernovae Tipo Ia Luminosità massima

32 Supernovae Tipo Ia Sono eventi rari! 1 supernova al secolo a galassia Osservando migliaia di galassie regolarmente e frequentemente è possibile osservare decine e decine di supernovae all anno

33 10pc 100pc 1 kpc 10 kpc 100 kpc 10 Mpc 1 Mpc Parallasse Ammasso della Chioma Ammasso della Vergine M31 Grande Nube di Magellano Centro della Via Lattea Ammasso Aperto Delle Pleiadi Alpha Centauri 1pc 100 Mpc 1000 Mpc Supernovae Tipo Ia Variabili Cefeidi (Popolazione I) Parallasse Spettroscopica

34 Effetto doppler l0 l0 + Dl z= Dl l0

35 Effetto doppler

36 Spettri di galassie

37 Legge di Hubble 1929, E. Hubble: 1. scopre che tutte le galassie si allontanano dai noi 2. la velocità di allontanamento (redshif) cresce con la distanza Legge di Hubble: la velocità di allontanamento cresce proporzionalmente con la distanza H0: Costante di Hubble Misure di Hubble

38 Legge di Hubble Una volta nota la costante di Hubble H0 si può utilizzare il redshift come indicatore di distanza Obiettivo principale dell Hubble Space Telescope Key Project E. Hubble (1929) Lancio HST

39 10pc 100pc 1 kpc 10 kpc 100 kpc 10 Mpc 1 Mpc Parallasse Ammasso della Chioma Ammasso della Vergine M31 Grande Nube di Magellano Centro della Via Lattea Ammasso Aperto Delle Pleiadi Alpha Centauri 1pc 100 Mpc 1000 Mpc Supernovae Tipo Ia Variabili Cefeidi (Popolazione I) Parallasse Spettroscopica Legge di Hubble

40 GALASSIE

41 1920: Il grande dibattito Grande Nebulosa di Andromeda Harlow Shapley Heber D. Curtis Oggetti Galattici Oggetti ExtraGalattici Edwin Hubble

42 1920: Il grande dibattito

43 Classificazione Ellittiche Spirali Irregolari

44 Morfologia: Ellittiche rsec pa Messier 87

45 Morfologia: Spirali Bulge Spirale Messier 81

46 Morfologia: Spirali Gas e polvere interstellare

47 Morfologia: Spirali Regioni formazione stellare Messier 33

48 pc Morfologia: Spirali 500pc Messier 104

49 Morfologia: Spirali NGC 891

50 Morfologia: Spirali barrate NGC 1365

51 Morfologia: Spirali barrate NGC 1300