Cosmologia AA 2016/2017 Prof. Alessandro Marconi - Dipartimento di Fisica e Astronomia - Osservatorio Astrofisico di Arcetri
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Cosmologia
AA 2016/2017
Prof. Alessandro Marconi
Dipartimento di Fisica e Astronomia
Università di Firenze
INAF - Osservatorio Astrofisico di Arcetri
Contatti, Bibliografia e Lezioni Prof. Alessandro Marconi Dipartimento di Fisica e Astronomia, stanza 254 (2o piano) Via G. Sansone 1, 50019, Sesto Fiorentino (Firenze), Italia email: alessandro.marconi@unifi.it tel: 055 457 2069 (Dip.) - 055 2752 239 (Oss.) Bibliografia Malcolm Longair, Galaxy Formation Springer Houjun Mo, Frank van den Bosch, Simon White, Galaxy Formation and Evolution Cambridge UP Barbara Ryden, Introduction to Cosmology Cambridge UP Dove trovare le lezioni MOODLE Corso “B016319 (B058) - Cosmologia 2016-2017” http://www.arcetri.astro.it/~marconi → ”Didattica”
Argomenti del corso Basi osservative: radiazione cosmica di fondo, struttura a larga scala, legge di Hubble Basi teoriche: curvatura dello spazio e la metrica, equazioni di Friedmann e loro caratteristiche, i parametri cosmologici La storia termica dell'universo La nucleosintesi Lo sviluppo e l'evoluzione delle fluttuazioni primordiali L'importanza della materia oscura La ricombinazione: il fondo cosmico a microonde e le sue fluttuazioni L'epoca successiva alla ricombinazione Il mezzo intergalattico Evoluzione cosmologica di galassie e nuclei attivi (→Fisica delle Galassie) Modelli di formazione ed evoluzione delle galassie (→Fisica delle Galassie)
Osservazioni Fondamentali
La radiazione di fondo cosmica
Spettro della CMB osservato e fit; le incertezze corrispondono
a 400 σ (Fixsen et al. 1996).
A. Marconi Cosmologia (2016/2017) 5
La radiazione di fondo cosmica
Spectrum and Isotropy of the Cosmic Microwave Background Radiation 31
Mappa della temperatura della
radiazione di fondo su tutto il
piano del cielo (risoluzione
spaziale 7o).
A.ofMarconi
. Maps Cosmologia
the whole sky in galactic coordinates as observed (2016/2017)
at a wavelength of 6
La radiazione di fondo cosmica
Spectrum and Isotropy of the Cosmic Microwave Background Radiation 31
Mappa della temperatura della
radiazione di fondo su tutto il
piano del cielo (risoluzione
spaziale 7o).
Mappa dopo la sottrazione del
valore medio della temperatura.
A.ofMarconi
. Maps Cosmologia
the whole sky in galactic coordinates as observed (2016/2017)
at a wavelength of 7
La radiazione di fondo cosmica
Spectrum and Isotropy of the Cosmic Microwave Background Radiation 31
Mappa della temperatura della
radiazione di fondo su tutto il
piano del cielo (risoluzione
spaziale 7o).
Mappa dopo la sottrazione del
valore medio della temperatura.
Mappa dopo la sottrazione del
termine di dipolo.
Bennett et al. 1996
A.ofMarconi
. Maps Cosmologia
the whole sky in galactic coordinates as observed (2016/2017)
at a wavelength of 8
La
32
radiazione di fondo cosmica
2 The Large-Scale Structure of the Universe
Fig. 2.3.delle
Mappa A mapfluttuazioni
of the wholedi
skytemperatura ottenuta
in galactic coordinates dal satellite
as observed by theWMAP dopo
WMAP satellite
at millimetre
aver sottrattowavelengths (Bennett et di
termine costante, al.,dipolo
2003). The
ed angular resolution
emissione of the map
galattica. La is about
20 times higher than that of Fig. 2.2c. The emissions due to
risoluzione angolare è ~1/20 delle immagini precedenti (20 arcmin). Galactic dust and synchrotron
radiation have been subtracted from this map
Bennett et al. 2003
A. Marconi Cosmologia (2016/2017) 9
La radiazione di fondo cosmica Mappa delle fluttuazioni di temperatura ottenuta nel 2013 dal satellite Planck (ESA).
Distribuzione
34 delle
2 The Large-Scale Structure galassie
of the Universe
Distribuzione delle galassie
Fig. 2.4. The distribution (17 <
of galaxies bj 17
with < 10.5)
≤ b j ≤su grande
20.5 shown inscala.
an equalScansione di
area projection
185centred
lastreondelthe telescopio
South GalacticUK Schmidt
pole. This imagecon
was macchina
reconstructedAPM con oltre
from machine scans2ofmilioni
185
UK Schmidt plates by the Cambridge APM measuring machine. There are over two million
di galassie.
galaxies in this image. The small empty patches in the map are regions that have been excluded
Maddox et al. 1990
about bright stars, nearby dwarf galaxies, globular clusters and step wedges (Maddox et al.,
A. Marconi
1990) Cosmologia (2016/2017) 11Distribuzione delle galassie
36 2 The Large-Scale Structure of the Universe
FunzioneFig.
di 2.5a,b.
correlazione
The two-point a correlation
due punti w(θ)forper
function galassie
galaxies con
over a wide rangediverse
of angular
magnitudini
scales.(step di 0.5
a The scaling testmag tra 17.5 <
for the homogeneity m distribution
of the < 20.5).of galaxies can be performed
using the correlation functions for galaxies derived from the APM surveys at increasing
Le stesselimiting
funzioni sono
apparent statein the
magnitudes poirange
riscalate
17.5 < m ai< conteggi di galassie
20.5. The correlation locali.
functions are
mostrando che inlaintervals
displayed struttura non cambia.
of 0.5 magnitudes. b The two-point correlation functions scaled to the
correlation function derived from the Lick counts of galaxies (Maddox et al., 1990)
Maddox et al. 1990
A. Marconi Cosmologia (2016/2017) 12using the correlation functions for galaxies derived from the APM surveys at increasing
Distribuzione delle galassie
limiting apparent magnitudes in the range 17.5 < m < 20.5. The correlation functions are
displayed in intervals of 0.5 magnitudes. b The two-point correlation functions scaled to the
correlation function derived from the Lick counts of galaxies (Maddox et al., 1990)
Fig. 2.6a,b. The two-point correlation function for galaxies determined from the Sloan Digital
Funzione
Sky di correlazione
Survey (SDSS) (Connolly eta al.,
due2002;
punti dalla Sloan
Scranton Digital
et al., 2002). Skyangular
a The Survey (SDSS)
two-point
ed il paragone
correlation function con i risultati
determined in a ottenuti dalla
preliminary survey
analysis of 2%APM.
of the galaxy data contained
in the Sloan Digital Sky Survey. b Comparison of the scaled angular two-point correlation
functions found by Maddox and his Cosmologia
A. Marconi colleagues from the APM galaxy survey (solid line) with 13
(2016/2017)Distribuzione delle galassie
2.2 The Large-Scale Distribution of Galaxies 39
Distribuzione di ~14000 galassie
con v< 15000 km/s dalla survey del
CfA.
Le galassie sono state ottenute per
declinazioni +8.5°, +44.5° e
propiettate su coordinate polari nel
piano con distanza (r) e RA (ϑ),
La nostra Galassia è al centro,
il raggio massimo è 150/h Mpc.
Geller & Huchra 1989
Fig. 2.7. The distribution of galaxies in the nearby Universe as derived from the Harvard–
A. Marconi Cosmologia
Smithsonian (2016/2017)
Center for Astrophysics survey of galaxies. The map contains over 14,000 14Distribuzione delle galassie
Distribuzione di galassie
dalle survey 2dF e SDSS fino
a z~0.25 che mostra la
struttura cellulare
(filamentare).
40 2 The Large-Scale Structure of the Universe
SDSS
Fig. 2.8a,b. The spatial distribution of galaxies on a large-scale. In both diagrams, the dis-
tribution extends to a redshift z ≈ 0.25. a A slice through the Anglo-Australian Telescope
2dF Galaxy Survey (Colless et al., 2001) showing the pronounced ‘cellular’ structure of the
distribution of galaxies on the large scale (image courtesy of the 2dFGRS Team). b The
distribution of galaxies in the Sloan Digital Sky Survey, showing the same ‘cellular’ structure
observed in the AAT 2dF survey (Stoughton et al., 2002)
A. Marconi Cosmologia (2016/2017) 15La Legge di Hubble
2.3 Hubble’s Law and the Expansion of the Universe
Legge di Hubble per le
“brightest cluster
galaxies” (BCG) in ammassi
ricchi (Sandage 1968)
SDSS
Fig. 2.11. A modern version of the velocity–distance relation for galaxies for the bri
A. Marconi galaxies in rich clusters of galaxies. This correlation indicates that the brightest galax
Cosmologia (2016/2017) 16La Legge di Hubble Present Epoch Brightest Cluster Galaxies
Legge di Hubble per le
16
“brightest cluster
galaxies” (BCG) in ammassi
14
SDSS
12
10
5,000 10,000 20,000
cz (km/s)
A. Marconi Cosmologia (2016/2017) 17Lathat
ws Legge galaxies di Hubble
have a measured
ortional to estimated
Legge di Hubble per
galassie locali utilizzando le
distance.
variabili Cefeidi
SDSS
A. Marconi Cosmologia (2016/2017) 18La Legge di Hubble Come l’espansione uniforme dell’universo dà origine alla legge di Hubble
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