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LL’’ ET ETÁ Á DELL’ UNIVERSO DELL’ UNIVERSO

Van Gogh: notte stellata

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Perche’ e’ importante Perche’ e’ importante determinare l’eta’ dell’Universo?determinare l’eta’ dell’Universo?E’ una domanda che gli uomini si pongono da

migliaia di anni;E’ necessario per comprendere l’evoluzione e

la struttura dell’universo;E’ necessario per la determinazione di altri

parametri cosmologici;La coerenza dei risultati ottenuti con metodi

diversi fornisce una verifica importante delle leggi fondamentali della fisica.

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Fino a qualche centinaio di anni fa, il sistema solare e l'Universo erano equivalenti nella mente degli uomini dotti.

Rivoluzione culturale COPERNICO - La terra non e’ il centro del sistema solare SHAPLEY - Il sistema solare non si trova al centro della Via Lattea HUBBLE - L’Universo subisce una Espansione Uniforme (la Via Lattea non e’ il centro dell’Universo)Se l’universo si espande (evolve) fa senso chiedersi quale è la sua origine e quale sarà il suo destino.

Un po’ di storiaUn po’ di storia

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L’Universo del XVIII-XIX secoloL’Universo del XVIII-XIX secolo

1 parsec (pc)= 3.26 anni luce = 3.1 . 1018 cm

Universo = Via Lattea

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L’Universo del L’Universo del XXI secoloXXI secolo

T0 = età dell’Universo

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L’eta’ dell’Universo: nel passatoL’eta’ dell’Universo: nel passatoNel XVII secolo il vescovo irlandese James Ussher

calcolò che la creazione avvenne nel 1095 a.c., secondo la cronologia della Bibbia.

Nel XIX secolo Helmoltz stimò l’età del sole e del sistema solare in circa 50 Milioni di anni, sulla base dell’energia gravitazionale disponibile.

La geologia suggeriva tempi dell’ordine del Miliardo di anni, un ordine di grandezza necessario anche per l’evoluzione biologica.

Nel XX secolo, dopo la scoperta della radioattività Eddington capì che il sole, come le altre stelle, è alimentato dall’energia nucleare, che può sostenerlo per miliardi di anni coerentemente con le evidenze geologiche (ed evoluzionistiche).

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L’età dell’Universo: oggiL’età dell’Universo: oggiCi sono molti modi per stimare l'età dell’ Universo:

- l'età dei più antichi ammassi stellari T0 = (13 2) Gyr

- la misura della costante di HubbleT0 = (14 2) Gyr

- l'età degli elementi chimici;T0 = (12.5 3) Gyr

- l'età delle più antiche nane bianche:T0 = (13.5 2) Gyr

I vari metodi danno risultati consistenti:T0 = (13 2) Gyr

(1 Gyr= 10 9 anni = 1 miliardo di anni )

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L’Universo è più vecchio delle stelle che contiene.

Quali sono le stelle più vecchie della nostra galassia?

STRUTTURA DELLA GALASSIASTRUTTURA DELLA GALASSIA

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Gli ammassi globulariGli ammassi globulari 

Gli ammassi globulari sono quelli piu’ antichi

Si sono formati subito dopo il BIG-BANG:

TAG T0

105 - 106 stelle aventi la stessa eta’ e la stessa composizione chimica Assenza di gas e polveri Prevalenza stelle Giallo/Arancio/Rosse Simmetria sferica Scarsa abbondanza di elementi più pesanti dell’elio.

A. Globulare M55

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L’eta’ degli ammassi globulariL’eta’ degli ammassi globulari

Turn-Off

Turn-Off = Stelle dell’ammasso che hanno esaurito l’idrogeno centrale

LTO MTO = Massa delle Stelle al Turn-Off

MTO TTO = eta’ delle stelle al Turn-O

TTO = TAG T0

TAG 12 1 Gyr

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L’espansione dell’UniversoL’espansione dell’Universo

Legge di Hubble

V = H0 · d H0 = Costante di Hubblev = velocita’d = distanza

C’è una relazione di proporzionalità fra la distanza d di ciascuna galassia e la velocità v con cui si allontana

Ho ha le dimensioni di un inverso di un tempo. Se trascuro ogni interazione l’età dell’universoè: To = 1/ Ho

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Le misure di velocità e distanzaLe misure di velocità e distanza

La legge di Hubble

•Velocità misure di redshift

•Distanza misure di luminosità

V = H0 · d H0 = Costante di HubbleV = velocita’d = distanza

Candele Campione

SN1A

richiede la misura di due quantità:

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L’eta’ dell’UniversoL’eta’ dell’Universo

H0 = 65 ± 8 km/s/Mpc

T0 ~ 1/H0 15 miliardi di

anniN.B. Il risultato esatto dipende dalla composizione dell’ Universo; adesso si ritiene che:

>crit

<crit

T0 = (14 2) Gyr

tot = crit; m ~ ½ v

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L’età degli elementiL’età degli elementi I metodi di datazione radioattiva sono ampiamente utilizzati nello

studio dell’antichità.

Ad esempio l’età di una ceramica greca può essere determinata dall’abbondanza residua di Carbonio 14 nei pigmenti organici.

Lo stesso metodo si può usare per datare le stelle, misurando l’abbondanza residua di elementi radioattivi con tempi di decadimento di miliardi di anni.

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Osservazione di Uranio e Torio Osservazione di Uranio e Torio nelle stelle di alonenelle stelle di alone

Dalla misura delle abbondanze di questi elementi nelle stelle più vecchie si può ricostruirne l’età:

T= (12.5±3) Gyr

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Il raffreddamento delle nane biancheIl raffreddamento delle nane biancheUna nana bianca è il cadavere di una stella.

Sherlock Holmes: dalla temperatura del cadavere posso dedurre quando è stato compiuto l’assassinio.

Questo stesso metodo è applicato misurando la temperatura superficiale delle nane bianche.

Isolando quelle più fredde si determina l’età delle più vecchie.

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Le nane di M4Le nane di M4Il telescopio spaziale Hubble ha

osservato le più fredde nane bianche a 7000 anni luce da noi, nell’ammasso M4

Dalla misura della loro luminositàsi ricava l’età:

TWD= (13.5 2) Gyr

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Conclusioni e problemi apertiConclusioni e problemi apertiQuattro metodi diversi danno risultati in accordo,

riassumibili in:

T0 = 11-15 Miliardi di anniLa consistenza dei risultati conferma il quadro teorico

in cui sono inquadrati (evoluzione stellare, relatività generale, costanza delle leggi della natura…).

La cosmologia è adesso una scienza, che dispone di dati osservativi e ne fornisce un’interpretazione coerente.

Sono trascorsi circa 13 Miliardi di anni dal Big Bang, ma…. Che c’era prima del big bang? ...Esiste un “prima”del big bang? …