Astronomia Strumenti di analisi

Corso facoltativo Astronomia Strumenti di analisi Christian Ferrari & Gianni Boffa Liceo di Locarno

Parte E: Strumenti di analisi Radiazione elettromagnetica Interazione radiazione - materia Redshift Misura delle distanze Parallasse trigonometrica Scale di magnitudine Parallasse spettroscopica Candele standard Indici di colore Astronomia: Strumenti di analisi 2

Radiazione elettromagnetica Per studiare l Universo e le sue componenti gli astronomi osservano la radiazione elettromagnetica emessa da questi ultimi La radiazione è caratterizzata da una lunghezza d onda λo da una frequenza ν, legate da (cè la velocità della luce) L insieme delle lunghezze d onda si chiama spettro elettromagnetico Astronomia: Strumenti di analisi 3

Radiazione elettromagnetica Astronomia: Strumenti di analisi 4

Radiazione elettromagnetica Spettro continuo(emissione): Tutti i corpi non gassosi emettono radiazione elettromagnetica: radiazione termica Legge di Stefan-Boltzmann: emissione T 4 Legge di Wien: picco inversamente proporzionale alla temperatura informazione sul colore Spettri discreti(emissione o assorbimento) Nell interazione radiazione materia Originati dalla quantificazione dei livelli di energia della materia Astronomia: Strumenti di analisi 5

Radiazione elettromagnetica http://astro.unl.edu/naap/blackbody/animations/blackbody.html Astronomia: Strumenti di analisi 6

Radiazione elettromagnetica Astronomia: Strumenti di analisi 7

Radiazione elettromagnetica http://www.eso.org/public/videos/esocast44a/ Astronomia: Strumenti di analisi 8

Interazione radiazione -materia Quantisticamente: La radiazione è formata da fotonicon energia h= costante di Planck La materia è formata da atomi e molecole con «livelli di energia» quantificati Solo alcune transizioni tra livelli di energia sono possibili Emissione: fotone liberato con diseccitazione Assorbimento: fotone assorbito con eccitazione Astronomia: Strumenti di analisi 9

Interazione radiazione -materia Astronomia: Strumenti di analisi 10

Interazione radiazione -materia Spettro di assorbimento del Sole Astronomia: Strumenti di analisi 14

Interazione radiazione -materia Come ricaviamo le informazioni sugli astri? Tutta l'informazione è portata dalla radiazione elettromagnetica Nello spettro compaiono delle righe scure dalle quali si ricava l'analisi chimica di ogni altro astro! Astronomia: Strumenti di analisi 15

Redshift Luce che giunge dagli oggetti celesti presenta degli spettri caratterizzati dallo spostamento di lunghezza d onda Astronomia: Strumenti di analisi 16

Redshift Astronomia: Strumenti di analisi 17

Redshift Tre cause: Moto della sorgente (effetto Doppler relativistico) Forte gravità Espansione dell Universo Effetto Doppler v = velocità relativa λ = lunghezza d onda osservata λ 0 = lunghezza d onda emessa Astronomia: Strumenti di analisi 18

Redshift Astronomia: Strumenti di analisi 19

Redshift Effetto gravitazionale un fotone che «rimonta» un campo gravitazionale subisce un gravitationalredshift, la sua lunghezza d onda aumenta e l energia diminuisce un fotone che «cade» in un campo gravitazionale subisce un gravitationalblueshift, la sua lunghezza d onda diminuisce e l energia aumenta Astronomia: Strumenti di analisi 20

Redshift REDSHIFT γ BLUESHIFT Astronomia: Strumenti di analisi 21

Redshift Parametro di redshift Per piccole velocità Astronomia: Strumenti di analisi 22

Misura delle distanze Gli astronomi hanno sviluppato diversi metodi per diverse scale di distanza Astronomia: Strumenti di analisi 23

Parallasse trigonometrica Metodo geometrico Rad> Def: parsec(pc): distanza con angolo di parallasse 1 p B d Astronomia: Strumenti di analisi 24

Scale di magnitudine Hipparchus(astronomo greco): Classificazione delle stelle in base alla loro «brillantezza» (luminosità apparente) Scala di magnitudine apparente (1: più brillanti, 6: le meno brillanti) Risposta logaritmica dell occhio umano Differenzadi 5 magnitudini fattoredi «brillantezza» 100 1 magnitudine fattore Astronomia: Strumenti di analisi 25

Scale di magnitudine Misura della «brillantezza»: intensità luminosa (flusso di radiazione ricevuta F) Definizione di magnitudine apparente m Relazione «brillantezza» F e luminosità L Legge dell inverso quadrato Astronomia: Strumenti di analisi 26

Scale di magnitudine Definizione di magnitudine assoluta M M coincide con la magnitudine apparente che avrebbe un oggetto celeste se fosse posto ad una distanza di 10 pc ( flusso se la stella fosse a 10 pc e d in pc) Possibilità di comparare stelle diverse indipendentemente dalla distanza Astronomia: Strumenti di analisi 27

Scale di magnitudine Modulo di distanza Calibrazione Astronomia: Strumenti di analisi 28

Parallasse spettroscopica La formazione stellare avviene in ammassi (cluster): stelle differiscono solo per la massa Il modulo di distanza è uguale Confrontando la SP del cluster con uno calibrato si ottiene il modulo di distanza M m m-m Astronomia: Strumenti di analisi 29

Candele standard Conoscendo la magnitudine assoluta o la luminosità è possibile dedurre la distanza con Candele standard: oggetti celesti con luminosità conosciuta (con vari metodi) Cluster di stelle (con la parallasse spettroscopica) Stelle variabili(con il periodo di oscillazione) Supernove di tipo Ia(decrescita curva di luce) Astronomia: Strumenti di analisi 30

Candele standard Cefeidi (stelle variabili): tra le più precise candele standard Relazione magnitudine assoluta periodo Relazione luminosità periodo Calibrazione: grazie a metodi per scale «più vicine» Astronomia: Strumenti di analisi 31

Candele standard Astronomia: Strumenti di analisi 32

Indici di colore Indici di colore: misura della differenza di magnitudine apparenti con filtri calibrati su colori diversi Blu (centrato a 440 nm): Visibile (centrato a 550 nm): Indice permette di ricavare la temperatura Astronomia: Strumenti di analisi 33

Indici di colore Stelle più calde «brillano» di più in B, quindi B < V Stelle più fredde «brillano» di più in V, quindi V < B Astronomia: Strumenti di analisi 34

Indici di colore Diagramma HR con M V in funzione di B -V Astronomia: Strumenti di analisi 35