Stage2011 iasf-astrofisica spaziale

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Stage2011 iasf-astrofisica spaziale

  1. 1. Astrofisica Spaziale:i vari “colori” dell’Universo e come vederli Riccardo Campana, Ettore Del Monte, Yuri Evangelista, Sergio Fabiani, Fabio Muleri Gruppo di Astrofisica delle Alte Energie INAF/IASF-Roma
  2. 2. Il cielo secondo Van Gogh
  3. 3. Sommario1. La radiazione elettromagnetica e le sue bande2. L’universo nelle varie bande dello spettro elettromagnetico3. Fenomeni fisici nelle varie bande4. Come osservare il cielo “a colori”5. L’Astrofisica delle Alte Energie: l’universo nei raggi X e gamma (nane bianche, stelle di neutroni, buchi neri, nuclei galattici attivi, gamma-ray bursts)6. Tecniche sperimentali dell’Astrofisica delle Alte Energie
  4. 4. La luce è un’onda elettromagneticaUn’onda EM è composta da un campo elettrico e da un campo magnetico oscillanti, perpendicolari tra loro e alla direzione di propagazione. La distanza tra due creste successive è la lunghezza d’onda.
  5. 5. Non tutta la luce arriva a noi: l’atmosfera assorbe!ALTITUDINE
  6. 6. La Via Lattea in luce visibileGalassie
  7. 7. La Via Lattea nelle onde radioCentro Galattico (Sgr A*) Radio pulsarNuclei Galattici Attivi http://www.cv.nrao.edu/course/astr534/Tour.html
  8. 8. La Via Lattea nell’infrarossoGalassieRegioni di formazione stellare http://www.ipac.caltech.edu/Outreach/Gallery/IRAS/allsky.html
  9. 9. La Via Lattea nei raggi gamma Gamma pulsarNuclei Galattici Attivi Mappa del satellite italiano AGILE
  10. 10. Che cosa vediamo nelle varie bande? Alle varie bande dello spettro elettromagnetico corrispondono fenomeni fisici diversi e caratteristici.1. Nel radio e nelle microonde l’emissione è principalmente dovuta al movimento di elettroni e raggi cosmici lungo le linee del campo magnetico galattico.2. Nell’infrarosso domina l’emissione termica di polveri interstellari e delle regioni di formazione stellare.3. Nel visibile domina l’emissione delle stelle e delle galassie.4. Nei raggi X e gamma vediamo l’universo violento: fenomeni associati alla morte delle stelle, all’accelerazione di particelle ad altissima energia, all’accrescimento di materia su stelle di neutroni e buchi neri.
  11. 11. L’astrofisica...semplificata
  12. 12. L’astrofisica delle Alte Energie• Per “alte energie” si intende la zona dello spettro EM caratterizzata da piccole lunghezze d’onda e quindi grandi frequenze ed energie: raggi X e raggi gamma• L’ “universo violento”: l’emissione X e gamma nell’universo è associata alla morte delle stelle ed a fortissimi campi gravitazionali e magnetici• Il nostro gruppo si occupa della costruzione di strumenti per “vedere” i raggi X e gamma provenienti dall’universo• Questi strumenti vengono posti a bordo di satelliti orbitanti
  13. 13. Lo “zoo” ad alte energie Tra gli oggetti celesti che emettono raggi X e raggi gamma, ricordiamo: ➡ Le nane bianche ➡ Le stelle di neutroni ➡ I buchi neri ➡ I Gamma Ray Bursts Spesso questi oggetti sono sistemi binari in cui vi è trasferimento di materia da una stella all’altra, mediante un disco di accrescimento.
  14. 14. Nane bianche • Massa: circa 1 MSole (2*1030 kg) Sirio • Raggio: circa 1 RTerra (6371 km) • Progenitore: collasso gravitazionale del nucleo di stelle medio-piccole (circa 1 MSole) • Si trovano spesso in sistemi binari conSirio B stelle normali (non collassate) • Emissione: termica (nel visibile), da disco di accrescimento (nei raggi X)
  15. 15. Stelle di neutroni • Massa: circa 1.4 MSole (3*1030 kg) • Raggio: circa 10 km • Progenitore: collasso gravitazionale del nucleo di stelle massicce dopo l’esplosione di Supernova • Emissione: pulsar (radio, gamma, ottico), accrescimento (raggi X) •Dotate di fortissimi campi magnetici • Si trovano isolate o in sistemi binari La pulsar della Nebulosa Granchio (prossimamente su questi schermi)
  16. 16. Buchi neri (galattici) • Massa: da 1.4 MSole (3*1030 kg) a 10 MSole (2*1031 kg) • Raggio: circa 3 – 30 km • Progenitore: collasso gravitazionale del nucleo di stelle molto massicce dopo l’esplosione di Supernova • Emissione: getti (radio, gamma, ottico), accrescimento (raggi X) • Sono visibili solo se si trovano in sistemi binari, attraverso l’emissione del disco di accrescimento
  17. 17. Nuclei galattici attivi • Massa: buchi neri da 106 MSole (2*1036 kg) fino a 108 MSole (2*1038 kg) • Progenitore: possibile fusione di un buco nero centrale con altre stelle • Emissione: tutto lo spettro! Getti (radio, gamma, ottico), accrescimento (IR, ottico, UV, raggi X) • Probabilmente tutte le galassie hanno attraversato una fase attiva.
  18. 18. Gamma-ray Bursts • Scoperti negli anni ‘60 cercando test nucleari nell’atmosfera • Lampi brevi (0.1 s – 100 s) e molto intensi di raggi X e gamma • Circa 1 – 3 al giorno da tutte le direzioni in cielo • Progenitore: collasso di stelle supermassive, fusione di sistemi binari (buchi neri, stelle di neutroni)
  19. 19. L’accrescimento
  20. 20. L’accrescimento
  21. 21. Come nasce una binaria?
  22. 22. Come nasce una binaria?
  23. 23. La Nebulosa Granchio
  24. 24. La Nebulosa Granchio
  25. 25. Come osservare l’universo nelle varie bande?A varie bande dello spettro elettromagnetico corrispondono diversetecniche osservative, da Terra o dallo spazio.Ciascuna banda ha le sue peculiarità e le sue difficoltà.➡Nel radio e nelle microonde si usano antenne e radiotelescopi➡Nell’infrarosso, visibile e ultravioletto si usano telescopi, rifrattori o Textriflettori➡Nell’X e nel gamma si usano ottiche ad incidenza radente, mascherecodificate e tracciatori di particelle.In generale: radio, vicino infrarosso e visibile sono osservabili da terra,per le altre bande bisogna andare nello spazio (p.e. a bordo di satelliti)
  26. 26. Radiotelescopi
  27. 27. Telescopi ottici
  28. 28. Ottiche ad incidenza radente per raggi X
  29. 29. Pensate ad una carriera in astrofisica? Non ti preoccupare, Il disastro è io ho una laurea e un cominciato quando dottorato di ricerca... ho lasciato la scuola...
  30. 30. Backup slides
  31. 31. L’Universo emette microonde! Satellite WMAP La Radiazione di Fondo Cosmico corrisponde a quella di un corpo nero ad unatemperatura T = 2.725 K (-270 gradi). Blu e rosso, nella figura, indicano variazioni di 0.0002 gradi rispetto alla media.

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