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AstronomiaLezione 15/1/2016
Docente: Alessandro Melchiorrie.mail:[email protected]
Sito web per slides lezioni: oberon.roma1.infn.it:/alessandro/astro2015/Libri di testo consigliati:
- An introduction to modern astrophysics B. W. Carroll, D. A. Ostlie, Addison Wesley
- Universe, R. Freedman, w. Kaufmann, W.H. Freeman and Company, New York
- Introduction to Modern Cosmology, B. Ryden, Addison-Wesley
Anisotropie del Fondo Cosmico
Quattro meccanismi sono alla base delle formazione delle anisotropie:
Gravità (Effetto Sachs-Wolfe)
Fluttuazioni intrinseche (Adiabatiche)
Effetto Doppler
Potenziali variabili nel tempo (Effetto Sachs-Wolfe integrato)
GravitàAdiabatico
Doppler ISW
dzHenzgnT
T
0
1b0 v
L’universo è formato da radiazione (ρ~1/a4), materia (ρ~1/a³) e da una costante cosmologica (ρ~cost)
20
0,3
0,
4
0,
20
2 1
aaaH
H mr
L’equazione di Friedmann può essere riscritta come:
)47(, kyrtt mr
,, mmr ttt
)8.9(, Gyrtt m
Durante l’espansione dell’universo, ci sono state delle fasi in cui una delle componenti dominava sulle altre:
radiazione
materia
costante cosmologic
a
•
•
•
13,7 miliardi 13,7 miliardi di anni fa: di anni fa: Big Big
BangBang
Era della Era della Nucleosintesi Nucleosintesi PrimordialePrimordiale
• Andamenti delle abbondanze primordiali
di D, 3He, 4He e 7Li previsti dal modello
teorico e confrontati con alcune misure recenti
• Lo “spessore” delle linee e’ un errore intrinseco della
nucleosintesi dovuto alle incertezze sulla vita
media del neutrone
scalescalelogaritmichelogaritmiche
misure ricavate
dalla CMB
La catena della nucleosintesi inizia con la formazione del deuterio:
Dpn
Quando T<0.1Mev la fotodissociazione pnD diventa inefficiente
inizia la produzione di elementi più pesanti
HeDn 3
HeHep 43
HeDD 4
HeDp 3
HeHen 43
• Dopo circa 5 minuti, la maggior parte dei neutroni è andata a formare nuclei
di 4He, mentre molti protoni sono liberi
• Sono prodotti anche D, 3He e 7Li, ma in quantità
molto meno significative
AA
Le abbondanze primordiali degli elementi leggeri sono alterate dall’evoluzione chimica a cui le stelle sono soggette
L’alterazione avviene in due direzioni opposte
produzione di tali elementi nelle stelle
aumento della frazione di massa
distruzione di tali elementi da parte delle stelle
diminuzione della frazione di massa
prodotto durante la nucleosintesi tramite
BARIOMETRO IDEALE
nessuno dei processi astrofisici noti è in grado di produrre deuterio
viene distrutto dalle stelle e convertito in 3He
Si osservano regioni con una bassa metallicità, e se ne analizzano gli spettri di assorbimento serie di
Lyman
Dpn
QSOQSO si osservano nubi di idrogeno neutro interposte tra una sorgente (QSO) e
l’osservatore
QSO 1937-1009, Z=3.572
5104.06.2 H
D
mediando 5 valori ottenuti da QSO’s differenti si è ottenuto (Kirkman et al., 2003, Steigman
2004):
ISMISM i valori ottenuti sono inferiori ai precedenti a causa delle presenza di
stelle Chengalur, Braun e
Burton(1997), osservando in direzione opposta al centro galattico, hanno ottenuto:
Sistema SolareSistema Solare
5100.19.3 H
D
Libowich (2000), osservando in direzione del centro galattico,
ha ottenuto:
6103.07.1 H
D>>
tranne nel Sole, i valori trovati dovrebbero essere molto vicini a quelli
primordiali dall’atmosfera di Giove (Mahaffy et al. 1998), è
stato ottenuto:
5107.06.2 H
D
vento solare (Gloecker, 1999), è stato ottenuto:
51036.094.1 H
D
HepD 3 nHeDD 3
prodotto durante la nucleosintesi tramite
,
viene prodotto dalle stelle durante la loro evoluzione
Competizione di due processi tra loro opposti:
viene bruciato dalle stelle e convertito in 4He
gradiente di metallicità a seconda della zona di
cielo osservata
gradiente per la frazione di massa 3He
Si adotta come limite superiore per l’abbondanza
primordiale, quella misurata nelle regioni HII
più distanti dal centro galattico e povere di
metalli
valore ricavato da WMAP
53
102.01.1 H
He
53 1004.004.1 HHe
Debole dipendenza dell’ 3He da ηη ne limita l’utilizzo come bariometro
pHeDH
nHeDH
HenHe
HepH
43
43
43
43
prodotto durante la nucleosintesi tramite
Il valore dell’abbondanza di questo elemento
misurato attualmente, Y0, non corrisponde a quello primordiale, Yp.
L’ 4He viene, infatti, prodotto dalle stelle, a partire dall’idrogeno
Y0 > YP
misura effettuate da Izotov & Thuan (IT, 1999) con il Keck
telescope, hanno condotto al valore:
Olive & Skillman (OS, 2004), hanno trovato:
I dati più significativi sono stati raccolti osservando le linee di emissione dell’idrogeno e dell’elio provenienti da regioni HII extragalattiche, a basso contenuto metallico
0015.02452.0 ITpY
0035.02472.0 OSpY
SBBN/WMAP
Misure della frazione di massa primordiale di 4He, negli anni 1978 - 2004.
La linea continua rappresenta il valore predetto dal SBBN/WMAP
LiHHe 734
prodotto durante la nucleosintesi tramite
Competizione di due processi tra loro opposti:
viene prodotto in quantità significative durante l’evoluzione stellare
un parte di esso viene, però, distrutto all’interno delle stelle
Abbondanza del litio log(Li)≡[Li] ≡12+log(Li/H) in funzione della metallicità (V. V. Smith)
Spite Plateau
L’andamento globale della frazione di massa è quello di aumentare progressivamente
con il tempo
Nello “Spite Plateau” (aloni caldi di alcune stelle della Galassia povere di metalli) l’abbondanza del 7Li è pressoché uniforme
valore misurato nello Spite Plateau ( Bonifacio et al. 2002)
dati provenienti da stelle in ammassi globulari (Bonifacio &
Molaro, 1997)
valore ricavato osservando 62 aloni di stelle
(Melendez&Ramirez, 2004)
1046.038.0
7
1019.2
H
Li
107 1001.019.2 Li
107 1005.037.2 pLi
1005.006.0
7 1065.2 pLiSBBNSBBN
Secondo il Modello Cosmologico StandardModello Cosmologico Standard, le abbondanze primordiali di questi elementi dipendono da un solo parametro: l’abbondanza di barioni, l’abbondanza di barioni, ηη
Limiti posti sulla densità di barioni
ricavati dalle misure della CMB
e dalle abbondanze di
Deuterio ed Elio
Possibili argomenti per argomenti a scelta
L'esame è solo oraleorale. Si inizia con un argomento scelto da voi sul quale doveteprepararvi un discorso di 10 minuti (con formule etc).Il discorso puo' essere fatto alla lavagna oppure potete prepararvi una presentazione.Se vi preparate una presentazione: 1) Mandatemil .pdf via e-mail il giorno prima, 2) Non prendete troppo dalle slides del corso, 3) portatevi un laptop su cui fare lapresentazione (niente pennette).L'argomento lo potete scegliere da voi (ma chiedetemi via mail se va bene) oppurelo potete scegliere tra questi:
1- Coordinate celesti (diversi sistemi e formule per passaggio da un sistema all'altro.2- Metodi di misure di distanze in astronomia (parallassi, cefeidi, supernovae, TF, Hubble,..)3- Diagramma HR: significato fisico, classi spettrali e classi di luminosità, applicazioni.4- Stelle binarie: classificazioni, metodi di rivelazione, relazione L/M per stelle di s.p.5- Evoluzione stellare: dalla sequenza principale a SN, nane bianche, buchi neri e pulsars.6- Fusione all'interno delle stelle: ciclo PP, CNO,.... Picco di Gamow.7- Atmosfere stellari: spettri di assorbimento, eq. Saha, eq Boltzmann, abbondanze.8- Galassie, ammassi di Galassie.9- Cosmologia: equazione di Friedmann, stati evolutivi dell'universo.10- Cosmologia, prove del modello del Big Bang: CMB e BBN.….
Dopo l'esposizione dell'argomento a scelta ci saranno delle domande su unodi questi argomenti.
Links utili in rete
1- xxx.arxiv.org contiene nella sezione astrophysics praticamente tutti gli articoliscientifici in astrofisica pubblicati negli ultimi 20 anni.
2- https://ui.adsabs.harvard.edu/ database della NASA. Ha articoli anche piùvecchi.
3- http://inspirehep.net/ database del Fermilab (ha articoli più di particelle).Potete divertirvi ad inserire il nome di un professore e vedere quanti articoli ha scritto,su cosa e con chi.
Prospettive per carriera in Astronomia/Astrofisica
- Dopo laurea triennale, laurea magistrale in Astronomia e Astrofisica.- Potete anche fare la laurea in Fisica e poi scegliere una tesi in Astrofisica (es. laurea indirizzo teorico → tesi in cosmologia o relatività generale).
- Dopo la laurea: Dottorato a roma in Astronomia (10 posti ogni anno) oin Fisica (20 posti a Sapienza).Dottorato: tre anni, 1000 euro al mese (1500 se andate all'estero).Dottorato all'estero.
- Dopo il dottorato: postdoc, etc. Posizioni di lavoro per astrofisici:http://cosmocoffee.info/viewforum.php?f=8&sid=25c23db067c1b6d317bbf39fb94edb56http://jobregister.aas.org/http://inspirehep.net/collection/Jobs
Su quest'ultimo sito (più diretto a fisici di particelle che astrofisici) potete vedereche risultano oggi circa 170 offerte per Astrofisici contro circa 200 perfisici di particelle.
Esempio di luogo perConferenza/scuola in astronomia.
Cosmology on the BeachRiviera Maya
https://sites.google.com/site/cosmologyonthebeach2016/home