Altre “luci” per l’astronomia

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Altre “luci” per l’astronomia

Dai telescopi per neutrini, attraverso l’osservazione in luce Cerenkov, per arrivare alle onde gravitazionali: nuove finestre osservative per l’astronomia del ventunesimo secolo.

Stefano Covino

INAF / Osservatorio Astronomico di Brera

Agrate, venerdì 13 gennaio

2012

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Altre “luci” per gli astronomi…

Oggi parleremo di tre nuove finestre osservative, che negli ultimi anni hanno raggiunto, o stanno per raggiungere, la piena maturità.

I telescopi a neutrini

I telescopi a luce Cerenkov

I telescopi a onde gravitazionali

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Alcune suggestive immagini di

borexino!

Un esperimento ai laboratori del Gran

Sasso

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E ci sono altri laboratori sotterranei in varie parti del mondo:

SuperKamiokande (Giappone)

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I fotomoltiplicatori di Kamiokande

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SNO, Sudbury Neutrino Observatory (Canada)

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Ma perché i neutrini ci interessano così tanto?

I fotoni, la “normale luce”, provengono dalla superficie solare, la fotosfera, i neutrini arrivano direttamente dalle zone nucleari.

E’ come “vedere”

direttamente l’interno

del Sole, ed in futuro,

lontano, delle altre

stelle!

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Ma anche da esplosioni di supernove, se abbastanza vicine, come la SN1987A

10 neutrini rilevati in

coincidenza dell’esplosione

della supernova. E’ come se

avessimo potuto vedere

l’interno della stella al

momento dell’esplosione.

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E, non ultimo, forse anche perché è possibile

che in alcune condizioni viaggino più veloci della

luce!

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Uno degli esperimenti più suggestivi è però senz’altro IceCube!

Un km

³

di rivelatori sotto il ghiaccio dell’Antartide

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L’esistenza dei Raggi Cosmici fu scoperta dal fisico tedesco Victor Hess agli inizi del ventesimo secolo. All’epoca gli scienziati si trovavano di fronte a un problema che non riuscivano a spiegare: sembrava che nell’ambiente ci fosse molta più radiazione di quella che poteva essere prodotta dalla radioattività naturale.

Victor Hess ricevette il premio Nobel per la sua scoperta nel 1936.

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Oltre a particelle di alta energia, dal cosmo ci arrivano anche fotoni di energia comparabile.

Il fenomeno è per molti versi simile. I fotoni però, a differenze delle particelle con carica elettrica come sono i raggi cosmici, viaggiano direttamente dalla sorgente fino a noi senza essere deflessi dai campi magnetici galattici ed intergalattici

I fotoni di alta energia però, fino a tempi recentissimi, erano rilevabili con grande difficoltà dagli strumenti in nostro possesso.

Negli ultimi anni, però, è

stata messa a punto una

generazione di strumenti che

sfrutta il fenomeno della luce

Cerenkov.

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L'effetto Čerenkov consiste nell'emissione di radiazione

elettromagnetica da parte di una particella in moto ad una velocità superiore alla velocità della luce nel mezzo attraversato.

È così chiamato in omaggio al fisico sovietico Pavel Alekseevič Čerenkov, premio Nobel nel 1958 per studi su questo fenomeno.

La caratteristica luce azzurra visibile nei reattori nucleari è dovuta all'effetto Cherenkov.

La radiazione Čerenkov

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La cascata secondaria di particelle produce luce Cerenkov, e mantiene l’informazione sulla direzione ed energia del fotone originale.

I telescopi a Terra,

costruiti con grandi

specchi formati da molti

piccoli specchi, raccolgono

la luce e ricostruiscono le

immagini.

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I telescopi MAGIC, alle Canarie.

I telescopi HESS, in

Namibia

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Ed ecco alcuni esempi di immagini Cerenkov:

Resti di supernove

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Emissioni dal

centro della nostra

galassia!

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Una parte, molto importante, dello strumento MAGIC è stata progettata nell’area milanese. Si tratta degli specchi di nuova generazione che andranno a costituire la seconda unità telescopica.

Senza contare, ovviamente, il coinvolgimento scientifico!

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Telescopi Cherenkov nel mondo

H.E.S.S. CANGAROO III

MAGIC

VERITAS

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Astrofisica delle altissime energie

GRBs AGN

cold dark matter quantum

gravity effects origin of

cosmic rays

cosmologica l -ray horizon

pulsar

-quasar

shelltype SNR

galactic center pulsar wind

nebula

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Passiamo ora alla discussione dell’ultima nuova finestra osservativa che trattiamo oggi: le onde gravitazionali

Le onde gravitazionali sono una previsione

“naturale” della teoria della relatività generale di Einstein, applicata al nostro universo negli studi cosmologici

In soldoni, e senza pretesa di completezza, le onde

gravitazionali sono l’analogo per la gravitazione

delle onde elettromagnetiche per i campi

elettromagnetici.

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Le onde gravitazionali possono essere prodotte in una grande categoria di fenomeni astrofisici, essenzialmente ogni volta che abbiamo un fenomeno gravitazionalmente importante.

L’esplosione di una supernova, il collasso di oggetti compatti, ecc.

Come forse avete notato, si tratta spesso di fenomeni

che sono importanti anche per le osservazioni con i

neutrini e con i fotoni di altissima energia.

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rotazione

trasferimento di massa

collasso

esplosione

collisione

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Come si osservano le onde gravitazionali?

Essenzialmente al passaggio di un’onda

gravitazionale, la forma degli oggetti

cambia, e questo cambiamento con

determinate tecniche può essere

misurato!

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Uno degli esperimenti più importanti per la misura di onde gravitazionali è VIRGO:

Si tratta in

sostanza di un grande

interferometro,

con bracci di 3 km, in grado di

misurare vibrazioni

nello spazio tempo

minime.

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Uno dei problemi è quello

di separare le vibrazioni

sismiche o di altra fonte

da quelle gravitazionali.

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Una visione di VIRGO dall’alto, vicino a

Pisa, e di LIGO in

Lousiana.

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Una suggestiva

immagine dei

corridoi di VIRGO

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Buchi al centro delle galassie, come la nostra, possono essere potenti sorgenti

di onde

gravitazionali.

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Ci sono anche progetti, molto avanzati,

per la rilevazione di onde gravitazionali

dallo spazio, come il progetto LISA ^.

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