Astronomia - .Interazione radiazione - materia • Quantisticamente: – La radiazione è formata

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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 lUniverso e le sue componenti gli astronomi osservano la radiazione

elettromagnetica emessa da questi ultimi

La radiazione caratterizzata da una lunghezza donda o da una frequenza , legate da (c la velocit della luce)

Linsieme delle lunghezze donda si chiama spettro elettromagnetico

Astronomia: Strumenti di analisi 3

Radiazione elettromagnetica

Astronomia: Strumenti di analisi 4

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) Nellinterazione radiazione materia Originati dalla quantificazione dei livelli di energia

della materiaAstronomia: Strumenti di analisi 5

Radiazione elettromagnetica

Astronomia: Strumenti di analisi 6

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

Radiazione elettromagnetica

Astronomia: Strumenti di analisi 7

Radiazione elettromagnetica

Astronomia: Strumenti di analisi 8

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

Interazione radiazione - materia

Quantisticamente: La radiazione formata da fotoni con energia

La materia 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 9

h = costante di Planck

Interazione radiazione - materia

10Astronomia: Strumenti di analisi

Interazione radiazione - materia

11Astronomia: Strumenti di analisi

Interazione radiazione - materia

12Astronomia: Strumenti di analisi

Interazione radiazione - materia

13Astronomia: Strumenti di analisi

Interazione radiazione - materia

14Astronomia: Strumenti di analisi

Spettro di assorbimento del Sole

Interazione radiazione - materia

Come ricaviamo le informazioni sugli astri? Tutta l'informazione portata dalla radiazione

elettromagnetica

Nello spettrocompaiono delle

righe scure

dalle quali si ricaval'analisi chimica

di ogni altro astro!

Astronomia: Strumenti di analisi 15

Redshift

Luce che giunge dagli oggetti celesti presenta degli spettri caratterizzati dallo spostamento

di lunghezza donda

Astronomia: Strumenti di analisi 16

Redshift

Astronomia: Strumenti di analisi 17

Redshift

Tre cause: Moto della sorgente (effetto Doppler relativistico) Forte gravit Espansione dellUniverso

Effetto Doppler

Astronomia: Strumenti di analisi 18

v = velocit relativa

= lunghezza donda osservata0 = lunghezza donda emessa

Redshift

Astronomia: Strumenti di analisi 19

Redshift

Astronomia: Strumenti di analisi 20

Effetto gravitazionale un fotone che rimonta un campo gravitazionale

subisce un gravitational redshift, la sua lunghezza

donda aumenta e lenergia diminuisce

un fotone che cade in un campo gravitazionale subisce un gravitational blueshift, la sua lunghezza

donda diminuisce e lenergia aumenta

Redshift

Astronomia: Strumenti di analisi 21

REDSHIFT

BLUESHIFT

Redshift

Parametro di redshift

Per piccole velocit

Astronomia: Strumenti di analisi 22

Misura delle distanze

Gli astronomi hanno sviluppato diversi metodi per diverse scale di distanza

Astronomia: Strumenti di analisi 23

Metodo geometrico

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

Parallasse trigonometrica

Astronomia: Strumenti di analisi 24

Rad >

d

B

p

Scale di magnitudine

Hipparchus (astronomo greco): Classificazione delle stelle in base alla loro

brillantezza (luminosit apparente)

Scala di magnitudine apparente(1: pi brillanti, 6: le meno brillanti)

Risposta logaritmica dellocchio umano Differenza di 5 magnitudini fattore di

brillantezza 100

1 magnitudine fattore

Astronomia: Strumenti di analisi 25

Scale di magnitudine

Misura della brillantezza: intensit luminosa(flusso di radiazione ricevuta F)

Definizione di magnitudine apparente m

Relazione brillantezza F e luminosit L

Astronomia: Strumenti di analisi 26

Legge dellinverso quadrato

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)

Possibilit di comparare stelle diverse indipendentemente dalla distanza

Astronomia: Strumenti di analisi 27

Scale di magnitudine

Modulo di distanza

Calibrazione

28Astronomia: Strumenti di analisi

Parallasse spettroscopica

Astronomia: Strumenti di analisi 29

La formazione stellare avviene in ammassi(cluster): stelle differiscono solo per la massa

Il modulo di distanza 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 luminosit possibile dedurre la distanza con

Candele standard: oggetti celesti con luminosit 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 pi precise candele standard

Relazione magnitudine assoluta periodo

Relazione luminosit periodo

Calibrazione: grazie a metodi per scale pi vicine

Astronomia: Strumenti di analisi 31

Candele standard

Astronomia: Strumenti di analisi 32

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

Astronomia: Strumenti di analisi 33

Indici di colore

Astronomia: Strumenti di analisi 34

Stelle pi calde

brillano di

pi in B,

quindi B < V

Stelle pi fredde

brillano di

pi in V,

quindi V < B

Indici di colore

Diagramma HR con MV

in funzione di B - V

Astronomia: Strumenti di analisi 35