Le distanze in Astronomia

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

DISTANZE ASTRONOMICHE

DISTANZA E TEMPO La Luna dista circa 384.000 km A piedi (5km/h) = 8,7 anni In auto (120km/h) = 4,5 mesi In aereo (1000km/h) = 16 giorni

DISTANZA E TEMPO Il Sole dista 150.000.000 km (390 volte la Luna) In aereo (1000km/h) = 17 anni (!!!)

DISTANZA E TEMPO Plutone dista 5.900.000.000 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

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 5.000 stadi (circa 787,5 km dato che 1 stadio = 157,5 m), Eratostene stabili la relazione: 7 : 360 = 5.000 stadi : x da cui ricavò per la circonferenza un valore di 257.142 stadi, pari a 40.500 km circa. Un valore sorprendentemente vicino al vero (40.009 km).

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

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

Parallasse trigonometrica Lalande 21185 P 0,4 arcsec d = 2,5 pc = 8,15 al

Parallasse trigonometrica 1 d= P[arcsec] 1 parsec: distanza alla quale l angolo sotteso è 1 1 parsec = 3,26 anni luce = 30.857.000.000.000 km 4,795 km Alberto Milani -

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 (1784-1846) Matematico e astronomo tedesco Oggi: Telescopi da terra P > 0,01 arcsec d < 100 pc (poche migliaia di stelle)

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 36000 km) Fine missione: 17 agosto 1993 Quasi tutti gli obiettivi sono stati raggiunti

HIPPARCOS (High Precision PARallax COllecting Satellite) Programma scientifico: 1. Esperimento Hipparcos: Misura della posizione di circa 120000 stelle con precisione circa 0,002-0,004 arcsec 2. Esperimento Tycho: Misura della posizione di circa 400000 con precisione circa 0,01 arcsec + misura fotometrica in due colori Risultati pubblicati nel 1997: 3. Catalogo Hipparcos: 120000 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?

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)

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

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

Le classi spettrali

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

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

Stelle variabili - Cefeidi Variazione di luminosità di Delta Cephei Periodo Cefeidi: Periodo: 1-135 giorni Massa: 5-7 Msun Raggio: 25-35 Rsun John Goodricke - 1784

Variabili Cefeidi 1912: osservazione di circa 1800 Cefeidi nelle Nubi di Magellano Henrietta Swan Leavitt (1868-1921) Astronoma statunitense Scoperta: le Cefeidi più brillanti hanno periodo più lungo!

Variabili Cefeidi

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

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

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

Supernovae Tipo Ia Luminosità massima

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

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

Effetto doppler l0 l0 + Dl z= Dl l0

Effetto doppler

Spettri di galassie

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

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

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

GALASSIE

1920: Il grande dibattito Grande Nebulosa di Andromeda - 1899 Harlow Shapley Heber D. Curtis Oggetti Galattici Oggetti ExtraGalattici Edwin Hubble

1920: Il grande dibattito

Classificazione Ellittiche Spirali Irregolari

Morfologia: Ellittiche rsec 64000 pa Messier 87

Morfologia: Spirali Bulge Spirale Messier 81

Morfologia: Spirali Gas e polvere interstellare

Morfologia: Spirali Regioni formazione stellare Messier 33

17 0 00 pc Morfologia: Spirali 500pc Messier 104

Morfologia: Spirali NGC 891

Morfologia: Spirali barrate NGC 1365

Morfologia: Spirali barrate NGC 1300

Morfologia: Irregolari Messier 82

Morfologia: Irregolari NGC 4449

Morfologia: Irregolari Centaurus A

E noi?

Via Lattea 8000 pc Sole 220 milioni di anni

Rotazione Messier 83 8/11/2013 Alberto Milani -

Come è fatta la spirale NGC 4414 Messier 81 Grand design galaxy Flocculent galaxy

COSMOLOGIA

Radiazione cosmica di fondo 7/11/2014