Zapping sull'Universo violento nell'era dell'astrofisica multimessaggera - Ferrara Corso Eccellenza, 26/01/2022
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Zapping sull'Universo violento
nell'era dell'astrofisica
multimessaggera
Ferrara
Corso Eccellenza, 26/01/2022
Prime esperienze di conoscenza del mondo
Luce (colori, forma) Contatto (tatto)
Diffusione molecole (odori)
Prime esperienze di conoscenza del mondo
nz a)
Luce (colori, forma) Contatto (tatto) s ist e
,c on
p or e
a (s a
Diffusione molecole (odori) In bocc
Velocità della luce: c = 300 000 km/s
Lo studio dell’Universo attraverso la luce visibile (fino a circa 100 anni fa)
Altre finestre sullo spettro elettromagnetico
Altre finestre sullo spettro elettromagnetico
Altre finestre sullo spettro elettromagnetico
Il cielo in raggi X
Binarie X: accrescimento di massa
• Il gas della stella
compagna ha
momento angolare e
non può cadere
direttamente sulla
compatta (stella di
neutroni o buco nero).
•
• Si scalda per attrito e
spiraleggia attraverso
un disco di
accrescimento.
• Temperatura di milioni
di gradi, quindi emette
raggi XQuasi ogni galassia ospita al proprio centro un buco nero supermassiccio (SMBH)
Super Massive Black Holes (SMBHs)
Tutte (o quasi) le
galassie ospitano un
SMBH (106-109 M⊙) al
Prodigiosa
quantità di proprio centro.
radiazione
prodotta dal gas
che accresce il
SMBHFermi Chandra JWST
Planck
Swift HST
CTA VLT VLAAbbiamo finora conosciuto
l’Universo attraverso le onde
e.m. emesse dalle varie
sorgenti
Ma ci sono molte sorgenti
che emettono anche o
soltanto altri tipi di onde o
altri tipi di messaggeriFinalmente tutti i messaggeri!
Neutrini (forza debole)
Onde Grav
(gravità) Raggi
su Cosmici (f.
m b-
m NIR + forte)
visibile
Fotoni (e.m.) + UV i X
a gg
R
radio Raggi
gamma
Ogni sorgente astrofisica è una diversa partitura per 17
orchestra, che finalmente possiamo ascoltare integralmenteRelatività generale Geometria Massa+energia spazio-tempo
Relatività generale
Geometria Massa+energia
spazio-tempo
”La materia dice allo spazio come curvarsi,
“
lo spazio dice alla materia come muoversi”
(J.A. Wheeler)Relatività generale
Geometria Massa+energia
spazio-tempo
”La materia dice allo spazio come curvarsi,
“
lo spazio dice alla materia come muoversi”
(J.A. Wheeler)
Lo spazio-tempo può oscillare e chiamiamo le sue oscillazioni onde-
gravitazionali.
Queste vibrazioni possono essere definite come il suono dell’universo!Onde gravitazionali
„...il campo gravitazionale
invariabilmente si propaga con
la velocità della luce“Sistemi binari: in miliardi di anni si
avvicinano per poi fondersi!
Tre tipi di sistemi binari coalescenti:
1) Binary Black Hole (BBH)
2) Binary Neutron Star (BNS)
3) Black Hole + Neutron Star (BHNS)
Energia gravitazionale persa dalle stelle
sottoforma di onde gravitazionaliInterferometri gravitazionali: come
funzionano?Strain proiettato lungo i bracci del detector
ΔL −21
h = ∼ 10
LGW 150914: fusione di coppia di buchi neri Nobel Fisica 2017: LIGO-Virgo collaboration
L
⃗
Angolo di
inclinazione
m1 m2
(θ , ϕ) Angolo di
polarizzazione S⃗1 ι
Posizione
nel cielo
ψ S⃗2
DL
Distanza
q. estrinseche: θ , ϕ , ψ, ι , D L
h dipende da
q. intrinseche: m 1 , m 2 , ⃗
L , S⃗1, S⃗2Misura delle masse
(m 1 m 2) 3/ 5
M tot = m 1+ m 2 M = 1 /5
Chirp mass
( m 1+ m 2 )
(m 1 m 2 )3/ 5 3
c 5 − 8/ 3 −8 /3
3/ 5
M z = M (1+ z ) = (1+ z )
( m 1+ m 2 )
1 /5
=
G 96 [
π f τ ]
1 c3
M tot = Durata della
π √8 G f c frequenza finale
frequenza fase di
merging
Stimando Mz e Mtot → m 1 e m2GW150914
3 3/ 5
c 5 −8 /3 − 8/ 3 −1
M z≃
G 96 (
π f τ ) ≃30 M ⊙
M tot ≃ 65 M ⊙
m 1 ≃ 36 M ⊙ m 2 ≃ 29 M ⊙
f τLa distanza stimata con le onde gravitazionali
3/ 5
5 −8 /3 −8 / 3 −1
M z≃ (
96
π f τ )
h ∝ M 5z /3 f 2 /3 D −1
L
τ ∝ M −5 /3
z f − 8/ 3 } D L ∝ f −2 ( h τ)−1Triangolazione: ritardi temporali
misuri Δ t , conosci d → ricavi θ
d cos θ
Δt=
c
θ
D1 d D2
Ogni coppia di detector dà un “annulus”Triangolazione: ritardi temporali
misuri Δ t , conosci d → ricavi θ
d cos θ
Δt=
c
θ
D1 d D2
Ogni coppia di detector dà un “annulus”GW 150914 Guarda le mappe interattive di altri eventi: http://www.virgo-gw.eu/skymap.html
Sensibilità di LIGO e Virgo nei vari run
Catalogo di eventi O1+O2 (O1: 12/09/2015 – 19/01/2016
O2: 30/11/2016 – 25/08/2017)Catalogo di eventi O1+O2 (O1: 12/09/2015 – 19/01/2016
O2: 30/11/2016 – 25/08/2017)
L⊙ = 3.8×1026 W
E⊙( vita intera ) = L⊙×10 10 anni = 7×10−4 M ⊙ c 2
7000 volte E⊙ !!GWTC-2: O1+O2+O3a: 47 eventi (FAR < 1 yr
-1
)GWTC-3: O3b: 35 eventi
Nascita dell’astronomia multimessaggero
Un lampo di raggi gamma breve simultaneo a
un'onda gravitazionale
(Collaborazione LIGO e Virgo)In tutto il mondo si scatena la caccia alla possibile
controparte elettromagnetica
(Collaborazione LIGO e Virgo)Onde radio Onde
elettromagnetiche
Luce
visibile e
infrarossa
Raggi X e
gamma
Onde
gravitazionaliLegge di Hubble vr = H 0 d
Cosmologia
Fisica fondamentale:
Relatività generale
GW 170817
Astrofisica Fisica nucleare3G GW detectors
Neutrini astrofisici di alta energia IceCube è un telescopio per neutrini di alta energia e si trova al Polo Sud. Nel mezzo trasparente quale il ghiaccio antartico, questi neutrini interagiscono con un nucleo e producono un muone che emette radiazione Cherenkov (muovendosi + velocemente della luce nel ghiaccio), la quale viene rivelata da tutti I detector di cui IceCube è costituito. I muoni di origine atmosferica, che costituiscono un fondo “di disturbo”, vengono schermati dal fatto che il detector è sottoterra. Si ha un’ulteriore schermaturea selezionando I muoni le cui traiettorie sono dirette dal basso verso l’alto, poiché sono quelli che hanno attraversato la Terra. Restano I muoni prodotti dai 55 neutrini atmosferici, che vengono discriminati da quelli cosmici in base a un’analisi combinata.
Neutrini astrofisici di alta energia: IceCube
56Neutrini astrofisici di alta energia: IceCube
57Da qualche anno IceCube osserva neutrini cosmici
58IceCube-170922A: un neutrino da 290 TeV da un blazar attivo
290 TeV: pallina da ping
pong con v = 1 km/h
290 TeV/511 keV = 0.6x109
energia sufficiente per creare
600 milioni di elettroni 59Finalmente tutti i messaggeri!
Neutrini (forza debole)
Onde Grav
(gravità) Raggi
su Cosmici (f.
m b-
m NIR + forte)
visibile
Fotoni (e.m.) + UV i X
a gg
R
radio Raggi
gamma
Ogni sorgente astrofisica è una diversa partitura per 60
orchestra, che finalmente possiamo ascoltare integralmenteFinalmente tutti i messaggeri!
Neutrini (forza debole)
Onde Grav
(gravità) Raggi
su Cosmici (f.
m b-
m NIR + forte)
visibile
Fotoni (e.m.) + UV i X
a gg
R
radio Raggi
gamma
Ogni sorgente astrofisica è una diversa partitura per 61
orchestra, che finalmente possiamo ascoltare integralmentePuoi anche leggere
