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Astronomia

Christian Ferrari & Gianni Boffa

Liceo di Locarno

Corso facoltativo

Strumenti di analisi

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 2

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



• 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 materiaAstronomia: Strumenti di analisi 5



http://astro.unl.edu/naap/blackbody/animations/blackbody.html



http://www.eso.org/public/videos/esocast44a/

Interazione radiazione - materia

• Quantisticamente:

– La radiazione è formata da fotoni con energia

– 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


h = costante di Planck


10Astronomia: Strumenti di analisi



Spettro di assorbimento del Sole


• 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!


Redshift

• Luce che giunge dagli oggetti celesti presenta

degli spettri caratterizzati dallo spostamento

di lunghezza d’onda


Redshift


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

Redshift


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

Redshift


REDSHIFT

BLUESHIFT

γ

Redshift

• Parametro di redshift

• Per piccole velocità


Misura delle distanze

• Gli astronomi hanno sviluppato diversi metodi

per diverse scale di distanza


• Metodo geometrico

– Def: parsec (pc):distanza con angolo di parallasse 1’’

Parallasse trigonometrica


Rad > °

d

B

p

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



• 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


• 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



• Modulo di distanza

• Calibrazione


Parallasse spettroscopica


• La formazione stellare avviene in ammassi

(cluster): stelle differiscono solo per la massa

• Il modulo di distanza è uguale

• Confrontando la SP del

cluster con uno calibrato

si ottiene il modulo di distanza

M

m - M

m

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 30

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»


Candele standard


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 permette di ricavare

la temperatura


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

Indici di colore

• Diagramma HR con MV

in funzione di B - V


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