L Universo Invisibile. Dr. Massimo Teodorani, Ph.D. astrofisico

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1 L Universo Invisibile Dr. Massimo Teodorani, Ph.D. astrofisico

2 CONTENUTO DELLA PRESENTAZIONE 1. Onde elettromagnetiche e le varie frequenze 2. Fotografia nell infrarosso e nell ultravioletto 3. Intensificazione di luminescenza e Termografia 4. Astronomia in tutte le frequenze oltre il visibile, e la fisica che se ne ricava 5. Materia oscura 6. La possibilità di altre dimensioni

3 Siccome E = c / aumentando E diminuisce la Lunghezza d Onda L Energia viene emessa verso l esterno sotto forma di un Fotone Contemporaneamente l Elettrone ricade nel Livello di Energia più basso Improvvisamente la Temperatura aumenta e l Atomo si eccita, in maniera tale che l Elettrone salta ad un Livello più alto di Energia L emissione di Onde Elettromagnetiche si verifica semplicemente perché succede qualcosa all interno degli Atomi che costituiscono la Materia E dunque la Materia che crea Energia E

4 SALTI QUANTISTICI NELL ATOMO A SINISTRA E A DESTRA DELLA BANDA VISIBILE QUANTIZZAZIONE DELL ENERGIA La Materia è in grado di Assorbire ed Emettere Pacchetti di Energia sotto forma di Fotoni : ciò si manifesta come salti dell Elettrone nell Atomo da un Livello Energetico ad un altro. BANDA VISIBILE: RIGHE DI BALMER BANDA ULTRAVIOLETTA: RIGHE DI LYMAN BANDA INFRAROSSA : RIGHE DI PASCHEN

5 Le Onde Elettromagnetiche che noi riceviamo non sono altro che un risultato di effetti che avvengono nella Materia, specie quando essa è riscaldata, come nel caso delle Stelle X, RADIO

6 Onde Elettromagnetiche Il modo in cui le varie parti dell Universo comunicano tra loro Come le Riceviamo

7 Il mondo che ci circonda Fotografia nell Infrarosso

8 Il mondo che ci circonda Fotografia nell Infrarosso

9 Il mondo che ci circonda Fotografia nell Infrarosso

10 Il mondo che ci circonda Fotografia nell Infrarosso

11 Il mondo che ci circonda Fotografia nell Infrarosso

12 Fotografia nell Ultravioletto Il mondo che ci circonda

13 Il mondo che ci circonda Fotografia nell Ultravioletto

14 Il mondo che ci circonda Fotografia nell Ultravioletto

15 Il mondo che ci circonda INTENSIFICAZIONE DI LUMINESCENZA

16 Il mondo che ci circonda TERMOGRAFIA

17 PERCHE OSSERVIAMO L UNIVERSO IN FREQUENZE NON VISIBILI? A seconda delle frequenze utilizzate noi concentriamo l attenzione su fenomeni fisici ben precisi : ONDE GRAVITAZIONALI Movimento orbitale di grandi masse astronomiche, buchi neri e pulsar binarie, galassie in formazione, distorsioni spazio-temporali, inflazione cosmologica. ONDE RADIO LUNGHE (VLF-ELF) Fenomeni ionosferici e geofisici del pianeta. ONDE RADIO MEDIE (VHF) Fenomeni astrofisici ad alta energia non-termici (sincrotrone) e fenomeni astrofisici termici a bassissima energia. MICROONDE (UHF) Radiazione cosmologica di fondo, oggetti astronomici a bassa temperatura. INFRAROSSO Formazione stellare, oggetti astronomici a bassa temperatura, mezzo interstellare (polveri e gas), nane brune. ULTRAVIOLETTO Corone e venti stellari, stelle di tipo spettrale caldo, corona solare, fenomeni termici ad energia moderatamente alta. RAGGI X Fenomeni termici e non termici ad alta energia: residui di supernova, nuclei galattici attivi, corone stellari, stelle binarie X, fronti d urto galattici ed extragalattici, formazione stellare. RAGGI GAMMA Fenomeni termici ad altissima energia: gamma-ray burst, ipernove.

18 REGOLA GENERALE Più aumenta la lunghezza d onda e più occorrono Telescopi a grandissima apertura D per poter ottenere un potere risolvente PR ottimale : Per questa ragione lo stesso potere risolvente ottenuto da un Telescopio Ottico da 4 metri di diametro si ottiene con un Radiotelescopio usando solamente linee di base di centinaia di Km in modalità interferometrica. E allora evidente che nel caso delle onde radio lunghe (con lunghezze dell ordine dei Km e oltre) è impossibile costruire immagini risolte di oggetti.

19 ASTRONOMIA OTTICA: Ciò che vedono i nostri occhi

20 RADIOASTRONOMIA : Ciò che non vedono i nostri occhi - 1

21 ASTRONOMIA NELLE MICROONDE : Ciò che non vedono i nostri occhi - 2

22 ASTRONOMIA INFRAROSSA : Ciò che non vedono i nostri occhi - 3

23 ASTRONOMIA ULTRAVIOLETTA : Ciò che non vedono i nostri occhi - 4

24 ASTRONOMIA IN RAGGI X : Ciò che non vedono i nostri occhi - 5

25 ASTRONOMIA IN RAGGI GAMMA : Ciò che non vedono i nostri occhi - 6

26 SOLE Visibile Ultravioletto X

27 PIANETI Visibile Visibile + X Infrarosso

28 Una colorazione anziché un altra evidenzia zone a differente temperatura. Ovviamente non si tratta di colori reali ma di falsi colori. I falsi colori servono ad osservare un oggetto celeste nelle parti che non sono visibili nella banda ottica. Le zone colorate mostrano con precisione dove avvengono certe fenomenologie (ad alta o a bassa energia), permettendoci di capire come queste fenomenologie sono spazialmente distribuite in un dato oggetto/ambiente astrofisico, con quale intensità tali fenomenologie si presentano e con quale variabilità nel tempo. Ad esempio: a) un profilo globale nell infrarosso di tutto il cielo ci mostra come la formazione di nuove stelle è distribuita nello spazio attorno a noi, b) un profilo globale nei raggi X e gamma ci mostra come eventi ad alta energia (onde d urto galattiche, stelle di neutroni in sistemi binari, buchi neri nei nuclei delle galassie, fronti d urto intergalattici) sono distribuiti nello spazio attorno a noi. Possiamo capire in che rapporto sono tra loro le zone a differente lunghezza d onda sia in termini di distribuzione nello spazio sia in termini di intensità per uno stesso punto dello spazio. Questi dati osservativi rappresentano la base sperimentale per costruire poi dei modelli matematici che ci permettono di capire realmente la fisica che caratterizza gli oggetti astrofisici.

29 Mappa dell Universo Infrarosso

30 Mappa dell Universo Microonde

31 Mappa dell Universo Infrarosso + Microonde

32 Mappa dell Universo Radio

33 Mappa dell Universo X

34 Mappa dell Universo Gamma

35 NEBULOSE PLANETARIE Visibile Infrarosso

36 NEBULOSE PLANETARIE Infrarosso Visibile

37 X RESTI DI SUPERNOVA Infrarosso + X Visibile

38 Visibile RESTI DI SUPERNOVA Infrarosso + X

39 RESTI DI SUPERNOVA X + Radio Visibile

40 RESTI DI SUPERNOVA Visibile + X

41 RESTI DI SUPERNOVA X

42 Visibile + X RESTI DI SUPERNOVA

43 Visibile + Infrarosso + X + Gamma RESTI DI SUPERNOVA

44 Visibile + X RESTI DI SUPERNOVA

45 Infrarosso NEBULOSE OSCURE

46 NEBULOSE A EMISSIONE Infrarosso

47 Infrarosso NEBULOSE A EMISSIONE

48 Visibile Visibile + X NEBULOSE A EMISSIONE

49 NEBULOSE A EMISSIONE Infrarosso

50 Visibile Infrarosso NEBULOSE A EMISSIONE

51 GALASSIE Radio

52 Infrarosso + X GALASSIE

53 Visibile + X GALASSIE

54 Ultravioletto Infrarosso GALASSIE

55 GALASSIE X Visibile

56 GALASSIE Infrarosso Visibile

57 Infrarosso + X Visibile GALASSIE

58 Visibile + Radio + X X Infrarosso + Radio + X GALASSIE ATTIVE

59 Visibile + X + Radio GALASSIE ATTIVE Visibile X Radio

60 Visibile GALASSIE ATTIVE Radio X

61 Visibile + X GALASSIE ATTIVE

62 Visibile + Radio GALASSIE ATTIVE

63 Visibile + Radio GALASSIE ATTIVE

64 Visibile + Radio GALASSIE ATTIVE

65 Visibile + Radio GALASSIE ATTIVE

66 GALASSIE ATTIVE Visibile + Radio

67 GALASSIE ATTIVE

68 Visibile + X AMMASSI DI GALASSIE

69 Visibile + X AMMASSI DI GALASSIE

70 Visibile + X AMMASSI DI GALASSIE

71 Visibile + X AMMASSI DI GALASSIE

72 ONDE GRAVITAZIONALI Segnatura di Onde Gravitazionali Cosmologiche (Big Bang/Inflazione): Scoperta recentissima della polarizzazione spiraliforme nella Radiazione Cosmica di Fondo

73 ONDE RADIO LUNGHISSIME : VLF ELF ULF

74 MATERIA OSCURA ciò che c è ma non si vede SIMULAZIONE DELLA DISTRIBUZIONE DI MATERIA OSCURA IN UN RAGGIO DI 1 MILIARDO DI ANNI LUCE La Componente Macroscopica della Materia Oscura Buchi Neri, Stelle di Neutroni, Nane Brune, Materia Specchio La Componente Microscopica della Materia Oscura Neutrini WIMPS Superparticelle Mini-Buchi Neri Monopoli Magnetici

75 Le particelle subatomiche corrispondono alle note prodotte dalle corde vibranti, la fisica rappresenta le armonie di queste corde, la chimica consiste nelle melodie che possono essere suonate con queste corde, mentre la mente di Dio corrisponde alla musica cosmica che risuona attraverso un iperspazio a 10 dimensioni.

76 TEORIA QUANTISTICA CLASSICA Prima che una Particella sia misurata essa può trovarsi in tanti luoghi contemporaneamente tutti contenuti in una funzione probabilistica denominata Funzione d Onda. Una volta che la Particella viene misurata, la Funzione d Onda collassa e la Particella viene trovata solo in un luogo. TEORIA DEI MOLTI MONDI secondo il fisico quantistico Hugh Everett Una volta che una Particella viene misurata, la Funzione d Onda che la descrive collassa e la Particella viene trovata in tutti i luoghi rappresentati dalla funzione d onda, ciascuno in una differente DIMENSIONE.

77 CONCLUSIONI 1. L Universo ci informa sulla sua esistenza, forma e funzionamento fisico tramite le onde elettromagnetiche, delle quali riusciamo a vedere solo una piccolissima parte. Tutte la restanti parti le vedono solo i telescopi spaziali nelle bande ultravioletta, infrarossa, X e gamma. 2. Le onde gravitazionali sono state da poco indirettamente scoperte (BICEPS 2) nella radiazione cosmologica di fondo a microonde. Ma potrebbero fornirci informazioni cruciali anche su come lo spaziotempo viene deformato dalla rotazione di grandi masse di dimensione sia stellare che galattica. 3. La banda radio a lunghezza d onda molto basse VLF-ELF-ULF ci informa su importanti processi fisici ionosferici, alcuni ancora da comprendere. 4. La materia oscura costituisce il 96% di tutta la massa esistente e la scoperta della sua natura potrebbe fornire informazioni cruciali o forse anche rivoluzionare il quadro che abbiamo tuttora della fisica dell Universo. 5. L esistenza di altre dimensioni o di altri universi è possibile ma per ora non esistono prove sperimentali.

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