ELEMENTI DI ASTROFISICA

Anno accademico e docente
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English course description
Anno accademico
2016/2017
Docente
PIERO ROSATI
Crediti formativi
6
Periodo didattico
Primo Semestre
SSD
FIS/05

Obiettivi formativi

Lo scopo di questo corso e' fornire la conoscenza di base della astrofisica moderna. Lo studente alla fine del corso acquisisce la conoscenza delle tecniche osservative moderne principali e le metodologie per la misura di flussi, posizioni, distanze, masse relative a sorgenti astrofisiche. Viene inoltre a conoscenza delle proprieta' fisiche principali di stelle, galassie ed ammassi galassie, ed elementi di cosmologia. Comprende i meccanismi di produzione di energia nell’universo e le strette connessioni tra fisica fondamentale ed astrofisica. Con tali conoscenze lo studente acquisisce la capacita’ di risolvere problemi di base di astrofisica stellare ed extra-galattica, ed e’ in grado di comprendere la letteratura non specialistica di astrofisica.

Prerequisiti

Conoscenze base di meccanica, termodinamica, elettromagnetismo, relativita' e meccanica quantistica. Padronanza con calcolo integrale e differenziale, conoscenza di tecniche di analisi di Fourier.

Contenuti del corso

Il corso prevede 48 ore di didattica, con una possibile visita all'Osservatorio di Loiano.

- Introduzione
+ Scopo e programma del corso
+ Le domande e gli obiettivi dell'Astronomia moderna

- Parte I: Sonde d'informazione, misure di posizione e fotometriche
+ Spettro elettro-magnetico; trasparenza dell'atmosfera, astronomia a multi-frequenza
+ Sistemi di coordinate astronomiche
+ Misure di flusso: grandezze e sistemi fotometrici; magnitudine; estinzione, radiazione di corpo nero

- Parte II: Elementi di tecniche osservative: dall'ottico ai raggi-X
+ Telescopi e rivelatori moderni, ottiche attive ed adattive
+ Tecniche di Imaging: risoluzione angolare, seeing, rapporto segnale-rumore, flusso limite osservabile
+ Tecniche di spettroscopia: dispersione e risoluzione spettrale, tecniche

- Parte III: Elementi di Astrofisica stellare
+ Equazione della struttura stellare: equilibrio idrostatico, reazioni nucleari (pp e CNO), limite di Eddington. equazione di stato delle stelle normali e degeneri (caso classico e relativistico), limite di Chandrasekhar
+ Classificazione spettrale delle stelle, diagramma HR
+ Cenni di evoluzione stellare: fasi nel diagramma HR, produzione degli elementi chimici (pesanti)
+ Fasi finali dell'evoluzione: supernovae, nane bianche, stelle di neutroni, buchi neri


- Parte IV: Elementi di Astrofisica extra-galattica
+ Dai sistemi stellari a quelli galattici
+ Popolazioni galattiche: classificazione, colore, morfologia, tasso di formazione stellare
+ Funzioni di luminosita' di galassie, relazioni di scala
+ Dalle galassie agli ammassi di galassie: cenni sulla formazione delle strutture
+ Misura delle masse di galassie e ammassi: dinamica, equilibrio idristatico del gas (raggi-X), lenti gravitazionali
+ Pocessi di accrescimento in astrofisica: binarie a raggi X, Nucleai Galattici Attivi
+ Misura della massa di buchi neri super massicci, la relazione M-sigma, co-evoluzione galassie-buchi neri
+ Il buco nero super-massiccio al centro della nostra Galassia

- Parte V: Elementi di Cosmologia
+ Redshift, espansione dell'Universo, legge di Hubble
+ Modello Newtoniano di espansione: equazioni di Freedman per la velocita' e accelerazione del fattore di scala
+ Modelli cosmologici (densita' critica, contributi alla densita' di massa-energia dell'Universo e loro evoluzione, energia oscura)
+ Cenni sui vari metodi di misura dei parametri cosmologici: basati sulla geometria e crescita delle perturbazioni
+ Primi 3 minuti dopo il big bang, sintesi degli elementi leggeri

Metodi didattici

Lezioni teoriche con risoluzioni di problemi, coadiuvate da slides.
Visita (compatibilmente con le condizioni atmosferiche) al telescopo di Loiano per l'acquisizione di dati astronomici e dimostrazione di riduzione dati su un tema scientifico esposto precedentemente a lezione.

Modalità di verifica dell'apprendimento

Lo scopo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di comprensione e approfondimento degli argomenti esposti durante il corso. L'esame orale, consiste di due o tre domande su aspetti fondamentali trattati nel corso, con approfondimento di un argomento a scelta dallo studente tra quelli trattati non in dettaglio nel corso, che deve essere presentato oralmente, ed opzionalmente in forma scritta.
L'esposizione dell'argomento di approfondimento permette di valutare le capacita' dello studente a ricercare la letteratura rilevante, saper organizzare l'esposizione, e capire gli aspetti piu' importanti di una problematica astrofisica.

Testi di riferimento

Materiale on-line su pagina web dedicata (slides, referenze)

Capitoli selezionati da:
H. Bradt: Astronomy Methods
M. Longair: High-energy Astrophysics
M. Longair: Galaxy Formation (edizione 1998 o 2008)
H. Bradt: Astrophysics Processes