Filippo Mannucci Istituto Nazionale di Astrofisica Osservatorio Astrofisico di Arcetri - Ecosol Fidenza
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Filippo Mannucci Istituto Nazionale di Astrofisica Osservatorio Astrofisico di Arcetri
La scienza prima del ‘500
1. La Terra è comodamente al centro
dell’universo Voi siete qui
Un formidabile sistema:
• astronomia
• meccanica
• teologia
• geografia
• chimica
La rivoluzione copernicana
Copernico e Galileo
La rivoluzione copernicana
1. La Terra è comodamente al centro Voi siete qui
dell’universo Voi siete qui
2. la Terra è solo uno dei pianeti
attorno al Sole
Cambio completo
nell’immagine che
l’uomo ha di se stesso
Voi siete qui
La seconda rivoluzione copernicana
1. La Terra è comodamente al centro Voi siete qui
dell’universo
2. la Terra è solo uno dei pianeti
Voi siete qui
attorno al Sole.
3. Il Sole è solo una delle tante stelle
della periferia della Via Lattea. 25.000
anni luce
La terza rivoluzione copernicana
1. La Terra è comodamente al centro
dell’universo
2. la Terra è solo uno dei pianeti
Voi siete qui
attorno al Sole.
Voi siete qui
3. Il Sole è solo una delle tante stelle,
distribuite all’interno della Galassia
4. La via Lattea è solo una delle tante
galassie
H. Curtis H. Leavitt E. Hubble J. Lick
Estrema periferia?
La nostra immagine di universo • Centinaia di miliardi di galassie • Ognuna con centinaia di miliardi di stelle • Molte di queste con pianeti • All’interno di un universo in espansione accelerata • Da un “hot big bang” 13.8 miliardi di anni fa
Osservatorio Astrofisico di Arcetri
Villa “Il Gioiello”Osservatorio… ma ad Arcetri non vi si osserva!
Arizona
(USA) Canarie
Hawaii (Spagna)
(USA)
Paranal
(Cile)Paranal, Ande Cilene (2600m)
Mauna Kea (Hawai) 4200 m
LBT: Large binocular telescope Mt. Graham (Arizona) 2 x 8.4m Nuova generazione: 1.Ottica adattiva 2.Interferometria 4 partner: 1.INAF – I 2.Max-Planck – D 3.Arizona – USA 4.RC – USA
Il Telescopio Spaziale Hubble
Hubble Space Telescope (HST)
progetto congiunto NASA + ESA,
2.5m di diametro.Problemi aperti
Materia Oscura
materia
invisibile
?
M33Materia Oscura 6 volte piu’ materia di quanto si vede
Materia Oscura
sintesi primordiale degli elementi
Solo ~4%
dell’energia totale
può essere materia
ordinaria (barionica)
• La materia oscura non
e’ materia ordinaria
• Molte ipotesi, nessuna
certezza
• Particelle create nei
primi istanti dopo il
big bangLa quarta rivoluzione copernicana
1. La Terra è comodamente al centro
dell’universo
Voi non siete qui
2. la Terra è solo uno dei pianeti
attorno al Sole.
3. Il Sole è solo una delle tante stelle, Voi siete qui
distribuite all’interno della Galassia
4. La via Lattea è solo una delle tante
galassie
5. La materia “ordinaria” di cui siamo
fatti è marginale nell’Universo, la
grande maggioranza è “Materia
Oscura”1998: universo in accelerazione
fattore di scala
Miliardi di anni1998: universo in accelerazione
eler azione
r so in acc
Unive ler azione
o in dece
Univers
Accelerazione èEnergia
Energia “oscura”
Cos’e’ ?
Quant’e’ ?La Geometria dell’universo
Dipende dalla quantita’ di
materia/energia
relativamente alla velocita’
di espansione:
• Tanta: universo sferico
• Poca: universe
iperbolico
• Critico: piatto
Misurare un GRANDE
triangolo?Fondo cosmico a microonde
1. All inizio il Big-Bang era molto
caldo, materia e radiazione erano
strettamente legate, l universo era
opaco
2. Durante la sua espansione si è nuvola
raffreddato opaca
3. Quando l universo è diventato
sufficientemente freddo da aria
permettere la formazione degli trasparente
atomi è diventato trasparente
4. da quel momento in poi la luce ha
viaggiato fino a noi, raffreddandosiL’immagine piu’ lontana dell’universo ~13.4 miliardi di anni fa
La Geometria dell’universo
~1 grado
Eta’: 380.000 anni 13.8 GyrGeometria piatta • Universo piatto: incredibilmente ha ragione Euclide! • Energia oscura: ~4 volte la materia (oscura + oerdinaria)
Costituenti dell’Universo • Il 73% dell’energia totale non è materia (ne’ luminosa ne’ oscura) • Forma di energia sconosciuta • Materia Oscura e Energia Oscura dominano l’evoluzione dell’universo: quale futuro?
La quinta rivoluzione copernicana
1. La Terra è comodamente al
centro dell’universo Voi non siete qui
2. la Terra è solo uno dei pianeti Voi non siete qui
attorno al Sole.
3. Il Sole è solo una delle tante stelle,
distribuite all’interno della
Galassia
4. La via Lattea è solo una delle
tante galassie
5. La materia “ordinaria” di cui
siamo fatti è marginale
nell’Universo, la grande
maggioranza è Materia Oscura
6. Gran parte di quanto esiste non è
in materia ma in una forma
sconosciuta di Energia OscuraDue problemi 1. Orizzonte 2. Piattezza
Il fondo cosmico a micro-onde
mappa termica
intervallo~0.0004 gradi!
intervallo~100 gradi
Perché regioni opposte del cielo hanno la stessa temperatura?Problema dell’orizzonte
Due regioni a distanza
maggiore di ~gradi non si
sono mai “parlate”, come
fanno ad avere la stessa
temperature?
46 miliardi di
anni luce
Stessa temperatura da parti
opposte del cielo?La geometria piatta e’ instabile La gravità e l’espansione dell’universo amplificano qualunque differenza da Ω=1 (universo piatto)
Soluzione: Inflazione
fase di grande espansione
accelerata. l’universo raddoppia
in dimensione ogni 10-38 sec
• spiega la piattezza
• spiega l’orizzonte
• prevede la forma delle
fluttuazioni del fondo
cosmico
Prodotta da una particella:
Inflatone
Energia gravitazionale è materia
Universo: regione dove
l’inflazione si e’ fermata
Molto piu’ grande del nostro
orizonteInflazione
Distribuzione di galassie: deriva dalle fluttuazioni quantistiche
alle scale “sub-atomiche” durante l’inflazione
2
1 i - l uc e
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m il ia
0
La distribuzione delle galassie dipende dalla fisica sub-atomicaUniversi paralleli • Stessa fisica, diversa “geografia” • Le teoria prevede anche universi con diversa “fisica
Strana coincidenza Energia oscura quasi nella stessa quantita’ della materia oscura Dovrebbe essere 10120 volte piu’ grande Questa coincidenza permette il nostro universo
Altra strana coincidenza
Fusione tra H e He
E=emc2 con e=0.007
Se fosse:
e=0.006 è solo H, niente chimica,
niente stelle
e=0.008 è niente idrogeno né carbonio
niente stelleAltra strana coincidenza 3 (grandi) dimensioni spaziali: • altezza • larghezza • profondità Le orbite dei pianeti sono stabili
Tante strane coincidenze
• Rapporto gravità / forze nucleari
N = 10-36
• Numero di (grandi) dimensioni spaziali
D=3
• intensità del legame nucleare
e = 0.007
• quantità di materia nell’universo
W = 0.3
• energia del vuoto
L = 10-120
• inizio delle strutture cosmiche
Q = 10-5
Cambiando di poco uno di questi valori si otterrebbe un
universo non abitabileIl caso e la necessita’
Varie possibili soluzioni:
1. Coincidenza – Casualità
2. una legge fisica sconosciuta determina questi
valori in maniera univoca
3. l’universo progettato in vista della nostra vita
4. possiamo abitare solo universi abitabili:
principo antropicoPrincipio Antropico
Terra: un pianeta tra molti
Qualunque universo vediamo deve essere in grado di
sostenere la nostra vita:
Molti universi?Multiversi Multiversi (universi paralleli): molti universi, con le stesse leggi fisiche ma diversi valori dei parametri
La sesta rivoluzione copernicana
1. La Terra è comodamente al centro
dell’universo Voi siete qui
2. la Terra è solo uno dei pianeti attorno
al Sole. Voi non siete qui
3. Il Sole è solo una delle tante stelle,
distribuite all’interno della Galassia
4. La via Lattea è solo una delle tante
galassie
5. La materia “ordinaria” di cui siamo
fatti è marginale nell’Universo, la
grande maggioranza è Materia Oscura
6. Gran parte di quanto esiste non è in
materia ma in una forma sconosciuta
di Energia Oscura
7. Il nostro Universo è solo uno tra tanti?Il telescopio Il telescopio VLT - ESO
L’astronomo
James Webb Space Telescope
• 6.5m
• Costo: 8.7 G$
• 4/2019SKA: Square-kilometer Array • progetto mondiale • ~3000 radiotelescopi di 15m, ~100.000 antenne, 1 milione di mq • Sud Africa + Australia • 3.0G€, inizio della costruzione: 2020
SKA: Square-kilometer Array
Grandi sfide tecnologiche:
1. potenza di calcolo (100 Pfs/sec):
1. 100 milioni di PC
2. 50 supercomputers
2. Trasferimento dati (2PB/sec)
1. 2000 hard disk al secondo
2. 100 volte il traffico di internet
3. Generazione di energia
1. nuovi metodi di produzione di energia
solare ed eolicaE-ELT: European Extremely Large Telescope 39m, Cile 1. Grande superficie di raccolta: oggetti deboli e lontani 2. Grande risoluzione angolare: studiare i dettagli
E-ELT •ESO – 14 stati membri •Costo ~ 1.3 miliardi di Euro •5 strumenti, 1 a guida italiana •Inizio operazioni: ~2026
Specchio primario: ~800 specchi sottili da 1.4m
Gli strumenti di rivelazione
5 strumenti, 1 a guida italianaPuoi anche leggere
