materia oscura: si vede o non si...

MATERIAOSCURA:SIVEDEONONSIVEDE?

MauroRoncarelli

UniversitàdiBologna-DIFAINAF-OsservatorioAstronomicodiBologna

ConferenzeallaSpecola,Bologna,5aprile2018

(specialthankstoSandroBardelli&AlbertoCappi)

“AmmassoProie,le”(“BulletCluster”NASA)

Premessa:viparleròditreGpidisistemi

IlSistemaSolare

LegalassieGliammassidigalassie

4.5miliardidikm4ore-luce

50-100milaanni-luce

1-10milionianni-luce

Ilprimoaparlaredi“dunkleMaterie”ful’astronomosvizzero-bulgaroFritzZwicky,nel1930

L’AmmassodigalassiediComa

“LamaggiorpartedellasuamassanonemeEeluce!!”

Personanormale

ComesifaapesareunoggeUo?Chiediamoloatrepersonediverse...

Fisico Astronomo

L’astronomopesaicorpicelesGosservandolalorodinamicaestudiandolaforzadigravitàchelifainteragire

Sole

Terra

~v

Peresempio,vediamocomemisurarelamassadelSole...


DilshodNazarov,CampioneOlimpicodilanciodelmartello(Rio2016)


DilshodNazarov,CampioneOlimpicodilanciodelmartello(Rio2016)

~v

~F ~Fc

r

F =mv2

r


Sole

Terra

~v


~F

F =mv2

r

IsaacNewton(1642–1727)

MalaforzaconcuiilSolea`ralaTerraèlaforzadigravità!

F = GM ⇥m

r2


Sole

Terra

~v


~F

F =mv2

r

F = GMS ⇥m

r2


Sole

Terra

~v


~F

F =mv2

r

MS =rv2

G

F = GMS ⇥m

r2

AbbiamoquindimisuratolamassadelSolestudiandoilmotodiuncorpochegliorbitaaUorno

Sole

Terra

~v

Perlaprecisione,conquestometodosio,enelamassaditu@ociòcheèracchiusonell’orbita,mainquestocasononcambiapraRcamentenulla

~F

MS =rv2

G

PerZwickyilcontofuunpo’piùdifficile(applicòilTeoremadelVirialesull’ammassodigalassie),mailprincipioèlostesso


“LamaggiorpartedellasuamassanonemeEeluce!!”

Quindi se la gravità funziona allo stesso modo in tutto l’Universo...


Posso “pesare” un oggetto celeste misurando la velocità di ciò che gli ruota intorno.

M =rv2

G


Posso “pesare” un oggetto celeste misurando la velocità di ciò che gli ruota intorno. Oppure, se ne conosco la massa, posso predire la velocità di rotazione attorno ad esso.

M =rv2

Gv =

rGM

r

Joannes Kepler (1571 – 1630)

NelSistemaSolarel’ideafunzionamoltobene

EperchéaZwickyiconGnontornavano?


LaGalassiadiAndromeda,ovveroi“vicinidicasa”dellanostraGalassia(ViaLaUea)

LaGalassiadiAndromeda,ovveroi“vicinidicasa”dellanostraGalassia(ViaLaUea)

Misuriamolasuamassa!!!

Lamassadellegalassiedallecurvedirotazione

©BobRubin

VeraCooperRubin(1928-2016)KentFord(1931)

LowellObservatory(AZ,USA)1970circa


©BobRubin



Andromedainversione``vintage’’


©BobRubin



AndromedaGalaxy

AspeUaGvecontrorealtàdeifa`...

Rotazioneprevista Rotazioneosservata

Ottico: Stelle

Radio: Idrogeno neutro (1.4 GHz)

NGC 6946 ottico+radio

L’Idrogeno neutro è tipicamente molto più esteso delle stelle

La radioastronomia: non si vede ma c’è

(by Daria Guidetti)

L’Astrofisicahaquindiscopertounadomanda!

Questadomandapotrebbeessereformulatacosì:“Perchélegalassieruotanocosìvelocemente?”

1) L’Universoèdominatodaunaformadimateriaignota?2) ChecaraEerisRcheha?3) CheconseguenzehaquestosullaFisicadelleParRcelle?

QuandoavvieneesaUamentela“scoperta”?

1930 1970 1980 1990 2000 2010


1930 1970 1980 1990 2000 2010

ZwickyAmmassodiComa

Rubin&FordAndromeda

MateriaOscura?

Rotazionitroppoveloci?


1930 1970 1980 1990 2000 2010

ZwickyAmmassodiComa

Rubin&FordAndromeda

Ostriker&Peeblesmodelliteorici

MateriaOscura?


dischigalaJci``instabili’’


1930 1970 1980 1990 2000 2010

ZwickyAmmassodiComa

Rubin&FordAndromeda

Roberts&WhitehurstAndromeda(radio)

MateriaOscura?



Sì,ruotatroppovelocemente!



1930 1970 1980 1990 2000 2010

ZwickyAmmassodiComa

Rubin&FordAndromeda

Rubinetal.altregalassie


MateriaOscura?






1930 1970 1980 1990 2000 2010

ZwickyAmmassodiComa

Rubin&FordAndromeda



VanAlbada&Sancisialtregalassie(radio)

MateriaOscura?




Serveunalonedimateriaoscura!



1930 1970 1980 1990 2000 2010

ZwickyAmmassodiComa

Rubin&FordAndromeda




CampidivelocitàGalassiesugrandescala

MateriaOscura?





C’èmassamateriaoscuraanchesuscalepiùgrandi



1930 1970 1980 1990 2000 2010

ZwickyAmmassodiComa

Rubin&FordAndromeda





WMAPUniversoprimordiale

MateriaOscura?






Èmaterianonbarionica!



1930 1970 1980 1990 2000 2010

ZwickyAmmassodiComa

Rubin&FordAndromeda





WMAPUniversoprimordiale

Nonèpossibiledefinireunmomentopreciso.Una``scoperta’’ètalesoloquandoquell’ideaincontrailCONSENSOSCIENTIFICO

MateriaOscura?






Èmaterianonbarionica!


Fg = Gm1m2

r2

C’èchihaprovatoadareunaspiegazionediversa:laModifiedNewtonianDynamics(MO.N.D.theory)

“LaleggediNewtonnonèvalidaperbasseaccelerazioni.NonserveipoRzzareunaformadimateria

oscura:bisognacambiarelaleggediNewton.”

Mordehai“Mo`”Milgrom(1946)

OccorremoltotempoaffinchéunlavoroscienGficovengavalorizzato.Lascienzadioggiècapaceditenerneconto?

OccorremoltotempoaffinchéunlavoroscienGficovengavalorizzato.Lascienzadioggiècapaceditenerneconto?

Aracoliscienafici(2013-15)percondizionecontradualedelprimoautorenell’astronomia``bolognese’’

Ilproblemaèpresenteovunque,intudaItalia,intudoilmondo.Lacomunitàscienaficadovrebbeinterrogarsi.

OsservatorioAstronomico Università

IsatutodiRadioastronomia

Macos’èquestamateriaoscura?Com’èfaUa?ChecaraUerisGcheha?


1)Noninteragiscecolcampoele@romagneVco


1)Noninteragiscecolcampoele@romagneVco-NonemeEenéassorbeluce:piùche“oscura”è“trasparente”



2)NoncrealegamichimicidinessunVpo



2)NoncrealegamichimicidinessunVpo-Rimaneinunostatosimileaquellogassoso




3)Nonperdeenergiaperemissionediluce




-Nonpuò“addensarsi”:restadiffusainalonidigrandezzaugualeomaggiorediquellidiunagalassia







4)Haunasezioned’urtomoltopiccola(non-collisionale)






-Noninteragisce:“passaaEraverso”lamateriasenzatoccarla

4)Haunasezioned’urtomoltopiccola(non-collisionale)

Lamateriaoscuranellegalassie

Unoschemapercapirecom’èfadalanostraGalassia(ViaLadea)

(~90%ofthemass)

Lamateriaoscuranegliammassidigalassie

Abell85Materiaoscura90%Gascaldo(visibile)9%Galassie1%

LelenGgravitazionali

“Lagravitàdeformalospazitempo.QuindidefleEelaluceepuòcrearedellelenR

gravitazionali”

AlbertEinstein(1879-1955)

Illensinggravitazionaleforte


L’immaginedellagalassiapostadietrol’ammassovienedeformatacreandounarco


LostudiodiquesRarchiconsentedimisurarelamassaracchiusanelcerchio.EssendouneffeEodellagravità,valeancheperlamassadellamateriaoscura

Mtot

=galassie+gas+materiaoscura

Illensinggravitazionaledebole

L’acquadefleEelaluceel’immaginedeisassiciarrivadeformata


Allostessomodolamassadeformal’immaginedellegalassiedietrol’ammasso.Calcolarequantol’immagineèdeformataciconsentedimisurarelamassa.

Comedovrebbeessere

Com’èdavvero


Allostessomodolamassadeformal’immaginedellegalassiedietrol’ammasso.Calcolarequantol’immagineèdeformataciconsentedimisurarelamassa.

Èpossibilevederelamateriaoscuradasola?Lapossiamotrovare“isolata”?

Materiaoscura90%Gascaldo(visibile)9%Galassie1%

Negliammassidigalassielamateriaoscuraèsempre“mescolata”algas,cheècompostodimateria

“normale”(idrogenoedelio)

InuncasofisicomoltoparGcolaresì!!!

V=1000km/s

Materiaoscura90%Gascaldo(visibile)9%Galassie1%

Avoltegliammassidigalassiesiscontranoefinisconoperfondersi(merging)

Usiamounpo’diimmaginazione...

C’eranounavoltadueuomini...


C’eranounavoltadueuomini...posseduadaduefantasmi!!


Perliberarsideciserodicorrerel’unocontrol’altroatudavelocità!


Loschiantofuterribilemaiduefantasmipassaronoadraversoicorpiesisepararonodaloro

Lamateriaoscuranegliammassidigalassie

Simulazionedello“scontro”(merging)traidueammassidelBulletCluster

MateriaoscuraGascaldo


Lensinggravitazionale

EmissionearaggiX


Lensinggravitazionale

EmissionearaggiX

Alonidisolamateriaoscura

GRAZIE!

materia oscura: si vede o non si...

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