(In Luce Visibile: 300 700 nm)
La fascia piu` chiara che attraversa il cielo notturno e` stata indicata in tutte le culture antiche con vari nomi che spesso fanno riferimento ai concetti di: Fiume Celeste o Strada Celeste. Oggi noi usiamo il termine Galassia (per i greci Galaxia kyklos =Anello di Latte) o Via lattea (per i latini Via lactea =Strada di latte) Osservazione cruciale: 1610 Galileo deduce dalle sue osservazioni che: la galassia non e` altro che una congerie di innumerevoli stelle disseminate a mucchi;... (Sidereus Nuncius)
1750 Kant, senza fare nuove osservazioni, ipotizza per la via lattea una forma di lente, senza pero` assegnare al Sole una posizione particolare. 1785 Herschel, usa un telescopio da 48 cm per contare stelle in 683 direzioni del cielo. Conclude che: a) la Via Lattea ha una forma appiattita come una pietra da macina ; b) la posizione del Sole e` vicina al centro c) disegna una mappa della Via Lattea
1785 - La Via Lattea secondo Herschel: una distribuzione delle stelle con il Sole in posizione quasi centrale. Sole
Modello di Kapteyn (1901-1922) Kaptein con immagini fotografiche stima 1) le distanze delle stelle (parallasse) 2) moti propri (per le stelle vicine) 3) come cambia la densita' delle stelle con la loro brillanza apparente e ottiene qualcosa di simile alla mappa di Herschel: ~15 kpc ~3 kpc
Ammasso Globulare
Modello di Shapley (1915-1921) Shapley osserva che gli ammassi globulari: 1) sono uniformemente distribuiti sopra e sotto la fascia della Via Lattea; 2) sono piu` concentrati verso il bulge (rigonfiamento centrale) della Via Lattea 3) le RR Lyr contenute negli ammassi permettono di determinarne le distanze La distribuzione degli ammassi appare quindi:
Le arti fondanti dell'astronomia: la la misura delle distanze Sfruttando il moto della Terra e la geometria Confrontando brillanze osservate ed intrinseche Sfruttando dimensioni note di oggetti selezionati misura del moto Sfruttando l'effetto Doppler Spostamenti angolari (astrometria)
Distanze geometriche (metodo della parallasse) gen lug
Volume esplorato da satellite (ESA/Hipparcos-1989/93) [500pc] La missione ESA/GAIA (2013/2018) estendera` il limite ~10 volte
Distanze fotometriche (diluizione della luce)
Riepiloghiamo: Parallasse annua: distanza degli oggetti vicini Parallasse spettroscopica: stelle lontane Parallasse fotometrica: oggetti piu' lontani Altri metodi : oggetti extragalattici
La misura del moto (rispetto ad un osservatore) I canali di informazione che usiamo per stimare le velocita dei corpi celesti sono essenzialmente due: l'arte dell'astrometria: che valuta lo spostamento delle posizioni relative degli oggetti nel cielo causato dalla componente trasversa della velocita`; l'arte della spettroscopia: che permette la misura delle variazioni della lunghezza d'onda della luce dovute alla velocita` radiale rispetto all'osservatore.
Moto spettroscopico Le onde emesse da una sorgente sono caratterizzate dalla loro lunghezza d'onda.
Se le onde non sono prodotte da un'ambulanza ma da stelle lontane? Osservatore
Come immaginiamo il meccanismo di emissione e assorbimento di luce da parte di atomi/molecole
Il caso della linea a 21 cm emessa dall'atomo di idrogeno (elemento piu' abbondante nel gas cosmico) La struttura atomica dell'idrogeno permette l'emissione di radiazione a 21 cm che, captata dai radiotelescopi, fornisce informazione sia sulla distribuzione della massa che sulle velocita' (effetto Doppler) delle nubi che disegnano la Via Lattea.
Come appare il cielo alla lunghezza d'onda della linea a 21 cm <=>21 cm I colori indicano la densita` dell'idrogeno
Una galassia esterna: M83 Distanza: 3.6 Mpc In molte altre galassie l'idrogeno si concentra in nubi, delineando le braccia di una spirale visibile =21 cm
Segnale osservato a 21 cm sul piano Galattico in direzione a 90 gradi di longitudine
Segnale osservato a 21 cm sul piano Galattico in direzione a 90 gradi di longitudine Linea di vista indicata da
Misurando lo spostamento Doppler e ricavando le velocita` radiali (v=c possiamo valutare le distanze delle nubi di idrogeno che popolano la Via Lattea
Usando misure di velocita` e posizione possiamo allora ricostruire l'andamento della velocita` di rotazione con l'aumentare della distanza dal centro della Galassia. Curvasenso di rotazione nella nostracurva Galassia? Che haosservata una simile la sua interpretazione pone dei problemi che potremmo risolvere se la massa che costituisce la nostra Galassia e`, in realta`, molto maggiore di quella che vediamo con i nostri telescopi!
Perche` la curva di rotazione ci interessa V~ Msole Distanza All'interno del sistema solare, la massa M e` dominata da Msole, cosicche` M non cambia sensibilmente con la distanza R di un dato pianeta La curva di rotazione appare 'Kepleriana': Sistema Solare Galassia Nella Galassia invece, M non e` concentrata ma a grande distanza dal centro ci aspettiamo comunque un andamento Kepleriano che NON si osserva: la curva di rotazione appare piatta V~costante
Come sarebbe la curva di rotazione in presenza della sola massa visibile? La massa galattica e` praticamente tutta concentrata entro l'orbita del Sole e quindi a distanze maggiori le velocita` orbitali dovrebbero diminuire secondo la legge di Keplero. Questo NON si osserva, suggerendo la presenza di altra massa oltre alla materia visibile Materia Oscura : roba non luminosa e poco interagente cosi` da non essere rivelata con le attuali technologie. Anche se abbiamo discusso del disco Galattico, la materia oscura potrebbe essere distribuita su una specie di alone che ingloba tutta la Galassia visibile.
Il problema non e` limitato alla Galassia: anche la curva di rotazione nella vicina galassia di Andromeda e` piatta!
E. le altre galassie? Il moto osservato nella maggior parte delle galassie suggerisce la presenza diffusa di grandi quantita' di materia oscura
D: Quanta materia oscura sarebbe necessaria per giustificare le osservazioni sulle galassie? R: tra 5 e 10 volte la materia visibile! D: come dovrebbe essere distribuita? R: come un'alone che si estende oltre i confini delle galassie visibili! D: qual'e` la natura di questa materia oscura R: non lo sappiamo, facciamo ipotesi che si cerca di verificare: residui di stelle o stelle mancate, particelle di origine cosmologica, buchi neri..
Si aprono grandi spazi per la fantasia! Ma attenzione ogni idea sara` accettata solo se si mostrera` compatibile con tutte le osservazioni e gli esperimenti, anche quelli suggeriti dalla stessa idea! Sulla scia del metodo suggerito dal capostipite:
Abbiamo informazioni sulla nostra Galassia in tutte le regioni dello spettro.. ma cio` che abbiamo finora imparato sulla natura della nostra Galassia ci fa anche intuire quanta strada ci sia ancora da fare, nel solco di Galileo, per capire sempre piu` intimamente la Natura in cui siamo immersi!
FINE