Alessandro Melchiorri Universita di Roma La Sapienza alessandro.melchiorri@roma1.infn.it
Perche la notte e buia?
Paradosso di Olbers: Se l Universo e costituito da una distesa infinita di stelle, distribuite in modo omogeneo, allora la notte non dovrebbe essere buia, ma luminosa. Soluzioni: - L Universo deve essere finito. -Non vi e una distribuzione finita di stelle.
La debole banda di luce della V Lattea è la luce delle stelle nel piano della nostra Galassia vis dall interno.
La Via Lattea nel Visibile Nel visibile la nostra visione della Via Lattea è fortemente condizionata dall estinzione da polvere interstellare.
Quanto e grande la nostra Galassia? Dove ci troviamo? Mappa della nostra galassia fatta da Herschel nel 1785. Il Sole e al centro.
L «Harem» di Pickering 1913
Come facciamo a conoscere la luminosita intrinseca? Intorno al 1910 Henrietta Leavitt scopre che le Luminosita delle stelle variabili cefeidi della Piccola nube di Magellano si dispongo in funzione del loro periodo di luminosita secondo una legge Del tipo: M 2.78log10( P) 1.35
Come misurare le distanze in astronomia: la distanza di Luminosita A 4 r 2 f L 4 r 2 Conoscendo la luminosita intrinseca di un oggetto e misurando il flusso Possiamo risalire alla sua distanza di luminosita. Abbiamo bisogno di CANDELE STANDARD.
Tra il 1914 e il 1920 Harlow Shapley, all epoca all osservatorio di Mt. Wilson, usa le variabili cefeidi per stimare il diametro della nostra galassia. Secondo Shapley la nostra galassia era di un diametro di circa 150.000 anni luce. Nel 1920 nacque un dibattito famoso tra Shapley e Heber Curtis del Lick observatory. Secondo Curtis Le variabili cefeidi non erano attendibili, la galassia era molto piu piccola (30.000 anni luce) ed il Sole quasi al suo centro.
La via lattea Distanza: 1 miliardo di miliardi di metri Tempo percorso dalla luce: 100,000 anni Sole
Il dibattito tra Shapley e Curtis riguardava anche le nebulae. Secondo Shapley erano nubi di gas espulse dalla pressione di luce della Via Lattea. Non esistevano altre galassie oltre alla nostra. Mentre secondo Curtis le nebulae erano galassie simili alla nostra, Solo molto piu distanti come degli universi-isola.
Sempre nel 1920 l ex custode di Mt. Wilson ed ex carovaniere Milton Humason ma che all epoca faceva pratica di fotografie sotto Shapley, mostro proprio a Shapley alcune lastre di M31 con indicate a penna alcune possibili stelle variabili. Shapley con pazienza spiego a Humason che M31 era una nube di gas e che non potevano essere delle stelle e cancello i segni di Humason.
Nel 1923 Edwin Hubble succedette a Shapley e scopri che nelle nebulae vi erano delle stelle variabili. Le Nebulae erano quindi degli Universi-isola come il nostro ma distanti oltre 800.000 anni luce.
Inizi della Cosmologia Moderna Tutto ha piu o meno inizio il 4 Febbraio 1917 quando Albert Einstein scrive a Paul Ehrenfest: Ich habe wieder etwas verbrochen in der Gravitationstheorie, was mich ein wenig in Gehfahr bringt, in ein Tollhaus interniert zu werden. Ho nuovamente scritto qualcosa riguardo la teoria della gravitazione da mettermi al rischio di venire rinchiuso in un manicomio Albert Einstein (1917) applica per la prima volta la relatività generale alla cosmologia presentando la prima soluzione cosmologica per una teoria consistente della gravita'. Nasce la Cosmologia Moderna...
La soluzione cercata da Einstein doveva descrivere un Universo chiuso (perche si credeva che questo fosse l unico modo per risolvere il principio di Mach) e statico, dato che all epoca (1917) non si era scoperta la recessione delle galassie (quindi l universo in espansione) anzi non si erano neppure scoperte le galassie stesse (1924). G 8 GT Purtroppo queste assunzioni erano incompatibili con le equazioni di Einstein della relativita generale (l universo ricollassava su se stesso). Einstein aggiunse quindi un termine che chiamo costante cosmologica, compatibile con i principi della relativita generale e tale da opporsi al collasso gravitazionale. G 8 GT g
Universo Finito senza Costante cosmologica: Collasso delle stelle in un unico punto. Universo Finito con Costante cosmologica: L universo rimane Statico ma e un equilibrio instabile. 1917: L Universo di Einstein e Finito e la Costante Cosmologica regge tutto. Ma se e finito quanto e grande?
A. Friedmann G. Lemaitre Nel 1922 e nel 1924 Friedmann ed, indipendentemente, Lemaitre (1927) proposero una soluzione differente in cui l universo era in espansione e che non necessitava del termine di costante cosmologica. Einstein non accetto la soluzione dell universo in espansione fino al 1930, anzi si oppose abbastanza strenuamente ad essa. In particolare dell articolo di Friedmann commento : Friedmann s paper while mathematically correct is of no physical significance Mentre si rivolse a Lemaitre in questo modo: Vos calculs sont corrects, mais votre physique est abominable
MODELLO PANETTONE
Effetto Doppler L effetto e ben conosciuto per le onde sonore: la sirena di una ambulanza La sentiamo a frequenze sempre piu Alte quando si avvicina mentre la frequenza Scende quando si allontana. Qualcosa di simile accade per le sorgenti Luminose. Sorgenti in avvicinamento hanno la radiazione luminosa spostata Verso il blu (frequenze maggiori). Sorgenti in allontanamento si spostano Verso il rosso redshift. blu: Si avvicina rosso: si allontana
In un simile universo in espansione la luce e sottoposta ad un redshift. Quindi se misuriamo lo spettro delle galassie lontane dovremmo vederle spostate verso il rosso, come se si allontanassero da noi. a t
velocita Ed e esattamente quello che misurarono Hubble e Humason (1924) anche se neppure loro al principio accettarono il modello di Friedmann come spiegazione. Distanza
...Il maggior errore della mia vita... Alla fine pero il modello di Friedmann-Lemaitre convinse la maggior parte delle persone. A questo punto Albert Einstein rigetto la costante cosmologica come superflua e non piu giustificabile: If there is no quasi-static world, then away with the cosmological term (scrisse a Weil) e pubblico la sua nuova visione in Einstein A. (1931). Sitzungsber. Preuss. Akad. Wiss. 235-237 Norbert Straumann in una recente review (astro-ph/0203330) ha fatto notare come pochissime persone abbiamo mai letto questo articolo e come le citazioni col tempo siano divenute: Einstein A. (1931). Sitzsber. Preuss. Akad. Wiss. Einstein A. Sitzsber. Preuss. Akad. Wiss. (1931) Einstein A. Sb. Preuss. Akad. Wiss. (1931) Einstein A. and Preuss S.B. (1931) Akad. Wiss 235
Cosa possiamo imparare da questa storia: 1- Se siete intelligenti come Einstein, attenti potreste sempre fare un errore. 2- Anche se Einstein vi dice che siete in errore, non rinunciate subito
La legge di Hubble d H 0 v 1929: H 0 ~500 km/sec/mpc
1929: H 0 ~500 km/sec/mpc 2001: H 0 = 72 7 km/sec/mpc
Grazie alla legge di Hubble si possono fare delle survey di galassie e «mappare» la la loro distribuzione. Intorno agli anni 80 la CfA e stata una delle prime survey Identificando filamenti, vuoti e superclusters la distribuzione e tutt altro che casuale!
Guardando su piu slices di cielo venne identificato il «great wall».
Piu recentemente la survey 2dF ha catalogato circa 200.000 galassie.
La survey piu recente e piu completa e quella della SLOAN DIGITAL SKY SURVEY 930.000 galassie Con un telescopio di 2.5 m nel New Mexico.
Un universo in evoluzione apre prospettive completamente nuove. La persona che per primo applico la fisica fondamentale all Universo in espansione puo essere considerata George Gamow: Se l Universo e in espansione quale era il suo stato primordiale?
In tale teoria la densita di materia rimane costante con il tempo. Si crea quindi una piccola quantita di materia. Non c e evoluzione. L universo e sempre rimasto uguale a se stesso. Il modello di Gamow trovo pero La resistenza della Steady State Theory proposta da Hoyle, Bondi e Gold.
La radiazione cosmica di fondo A. Penzias e R. Wilson scoprono nel 1964 un segnale nelle microonde 1964. E l eco dell universo primordiale?
Un universo in evoluzione apre prospettive completamente nuove. La persona che per primo applico la fisica fondamentale all Universo in espansione puo essere considerata George Gamow: Se l Universo e in espansione quale era il suo stato primordiale?
Il satellite COBE nel 1992 «prova» che la radiazione di fondo cosmico ha uno spettro di «corpo nero». E effettivamente l eco del Big Bang. Il modello dello stato stazionario e definitivamente scartato.
Il premio Nobel George Smoot nella serie televisiva «The Big Bang Theory»
COBE (1991) Il cielo a microonde Altamente Isotropo... Anisotropia di dipolo... Impronte lasciate da strutture primordiali a redshift (z~1000)? Via Lattea (z=0)
Nella radiazione di fondo cosmico osserviamo delle «anisotropie». Queste pertubazioni evolvono nel tempo formando le strutture oggi Osservate. Ad esempio, producono anisotropie nella CMB. La migliore mappa attuale e quella del satellite WMAP.
Anisotropie della CMB Le anisotropie della CMB rappresentano una delle conferme piu spettacolari del modello cosmologico. Si possono fare delle predizioni teoriche sulla loro distribuzione con grande precisione. I dati sperimentali hanno confermato in modo impressionante le predizioni teoriche. La cosmologia e oggi una scienza di precisione.
Non tutto pero e come ci aspettavamo. I dati attuali sono in accordo Con il modello del Big Bang solo se oltre il 70% di energia e sotto Forma di «energia oscura». Una energia che non comprendiamo ne abbiamo mai visto in laboratorio! Una possibile spiegazione e proprio la costante cosmologica
Cosa possiamo imparare da questa storia: 1- Se siete intelligenti come Einstein, attenti potreste sempre fare un errore. 2- Anche se Einstein vi dice che siete in errore, non rinunciate subito 3- Se siete Einstein e avete sbagliato non c e problema! Avrete ragione poi in ogni caso in futuro.
FINE