Astronomia Strumenti di analisi Christian Ferrari & Gianni Boffa Liceo di Locarno
Parte E: Strumenti di analisi • • • • • • • • •
Radiazione elettromagnetica Interazione radiazione - materia Redshift Misura delle distanze Parallasse trigonometrica Scale di magnitudine Parallasse spettroscopica Candele standard Indici di colore Astronomia: Strumenti di analisi
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Radiazione elettromagnetica • Per studiare l’Universo e le sue componenti gli astronomi osservano la radiazione elettromagnetica emessa da questi ultimi • La radiazione è caratterizzata da una lunghezza d’onda λ o da una frequenza ν, legate da (c è la velocità della luce) • L’insieme delle lunghezze d’onda si chiama spettro elettromagnetico Astronomia: Strumenti di analisi
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Radiazione elettromagnetica
Astronomia: Strumenti di analisi
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Radiazione elettromagnetica • Spettro continuo (emissione): – Tutti i corpi non gassosi emettono radiazione elettromagnetica: radiazione termica – Legge di Stefan-Boltzmann: emissione ∼ T4 – Legge di Wien: picco inversamente proporzionale alla temperatura → informazione sul colore
• Spettri discreti (emissione o assorbimento) – Nell’interazione radiazione – materia – Originati dalla quantificazione dei livelli di energia della materia Astronomia: Strumenti di analisi 5
Radiazione elettromagnetica
http://astro.unl.edu/naap/blackbody/animations/blackbody.html Astronomia: Strumenti di analisi
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Radiazione elettromagnetica
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Radiazione elettromagnetica
http://www.eso.org/public/videos/esocast44a/ Astronomia: Strumenti di analisi
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Interazione radiazione - materia • Quantisticamente: – La radiazione è formata da fotoni con energia h = costante di Planck
– La materia è formata da atomi e molecole con «livelli di energia» quantificati – Solo alcune transizioni tra livelli di energia sono possibili – Emissione: fotone liberato con diseccitazione – Assorbimento: fotone assorbito con eccitazione Astronomia: Strumenti di analisi
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Interazione radiazione - materia
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Interazione radiazione - materia
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Interazione radiazione - materia
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Interazione radiazione - materia
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Interazione radiazione - materia
Spettro di assorbimento del Sole Astronomia: Strumenti di analisi
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Interazione radiazione - materia • Come ricaviamo le informazioni sugli astri? • Tutta l'informazione è portata dalla radiazione elettromagnetica – Nello spettro compaiono delle righe scure… – …dalle quali si ricava l'analisi chimica di ogni altro astro! Astronomia: Strumenti di analisi
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Redshift • Luce che giunge dagli oggetti celesti presenta degli spettri caratterizzati dallo spostamento di lunghezza d’onda
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Redshift
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Redshift • Tre cause: – Moto della sorgente (effetto Doppler relativistico) – Forte gravità – Espansione dell’Universo
• Effetto Doppler
v = velocità relativa λ = lunghezza d’onda osservata λ0 = lunghezza d’onda emessa
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Redshift
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Redshift • Effetto gravitazionale – un fotone che «rimonta» un campo gravitazionale subisce un gravitational redshift, la sua lunghezza d’onda aumenta e l’energia diminuisce – un fotone che «cade» in un campo gravitazionale subisce un gravitational blueshift, la sua lunghezza d’onda diminuisce e l’energia aumenta
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Redshift
REDSHIFT
γ BLUESHIFT
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Redshift • Parametro di redshift
• Per piccole velocità
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Misura delle distanze • Gli astronomi hanno sviluppato diversi metodi per diverse scale di distanza
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Parallasse trigonometrica • Metodo geometrico Rad > °
– Def: parsec (pc): distanza con angolo di parallasse 1’’ p d B Astronomia: Strumenti di analisi
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Scale di magnitudine • Hipparchus (astronomo greco): – Classificazione delle stelle in base alla loro «brillantezza» (luminosità apparente) – Scala di magnitudine apparente (1: più brillanti, 6: le meno brillanti)
• Risposta logaritmica dell’occhio umano – Differenza di 5 magnitudini fattore di «brillantezza» 100 – 1 magnitudine fattore Astronomia: Strumenti di analisi
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Scale di magnitudine • Misura della «brillantezza»: intensità luminosa (flusso di radiazione ricevuta F) • Definizione di magnitudine apparente m
• Relazione «brillantezza» F e luminosità L Legge dell’inverso quadrato
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Scale di magnitudine • Definizione di magnitudine assoluta M – M coincide con la magnitudine apparente che avrebbe un oggetto celeste se fosse posto ad una distanza di 10 pc
(
flusso se la stella fosse a 10 pc e d in pc)
• Possibilità di comparare stelle diverse indipendentemente dalla distanza Astronomia: Strumenti di analisi
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Scale di magnitudine • Modulo di distanza
• Calibrazione Astronomia: Strumenti di analisi
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Parallasse spettroscopica • La formazione stellare avviene in ammassi (cluster): stelle differiscono solo per la massa • Il modulo di distanza è uguale M
• Confrontando la SP del m cluster con uno calibrato si ottiene il modulo di distanza Astronomia: Strumenti di analisi
m-M
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Candele standard • Conoscendo la magnitudine assoluta o la luminosità è possibile dedurre la distanza con
• Candele standard: oggetti celesti con luminosità conosciuta (con vari metodi) – Cluster di stelle (con la parallasse spettroscopica) – Stelle variabili (con il periodo di oscillazione) – Supernove di tipo Ia (decrescita curva di luce) Astronomia: Strumenti di analisi
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Candele standard • Cefeidi (stelle variabili): tra le più precise candele standard – Relazione magnitudine assoluta periodo – Relazione luminosità periodo
• Calibrazione: grazie a metodi per scale «più vicine» Astronomia: Strumenti di analisi
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Candele standard
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Indici di colore • Indici di colore: misura della differenza di magnitudine apparenti con filtri calibrati su colori diversi – Blu (centrato a 440 nm): – Visibile (centrato a 550 nm):
• Indice la temperatura
permette di ricavare
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Indici di colore – Stelle più calde «brillano» di più in B, quindi B < V – Stelle più fredde «brillano» di più in V, quindi V < B Astronomia: Strumenti di analisi
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Indici di colore • Diagramma HR con MV in funzione di B - V