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
3. Sommario
1. La radiazione elettromagnetica e le sue bande
2. L’universo nelle varie bande dello spettro
elettromagnetico
3. Fenomeni fisici nelle varie bande
4. 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. La luce è un’onda elettromagnetica
Un’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.
6. Non tutta la luce arriva a noi: l’atmosfera assorbe!
ALTITUDINE
8. La Via Lattea nelle onde radio
Centro Galattico (Sgr A*) Radio pulsar
Nuclei Galattici Attivi
http://www.cv.nrao.edu/course/astr534/Tour.html
9. La Via Lattea nell’infrarosso
Galassie
Regioni di formazione stellare
http://www.ipac.caltech.edu/Outreach/Gallery/IRAS/allsky.html
10. La Via Lattea nei raggi gamma
Gamma pulsar
Nuclei Galattici Attivi
Mappa del satellite italiano AGILE
11. 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.
13. 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
14. 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.
15. 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 con
Sirio B stelle normali (non collassate)
• Emissione: termica (nel visibile), da
disco di accrescimento (nei raggi X)
16. 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)
17. 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
18. 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.
19. 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)
26. Come osservare l’universo nelle varie bande?
A varie bande dello spettro elettromagnetico corrispondono diverse
tecniche 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
Text
riflettori
➡Nell’X e nel gamma si usano ottiche ad incidenza radente, maschere
codificate 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)
30. 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...
32. L’Universo emette microonde!
Satellite WMAP
La Radiazione di Fondo Cosmico corrisponde a quella di un corpo nero ad una
temperatura T = 2.725 K (-270 gradi). Blu e rosso, nella figura, indicano variazioni
di 0.0002 gradi rispetto alla media.
