Insegnamenti

 

60/68/3/EN - ASTROPHYSICS

Anno Accademico ​2019/2020

Docente
ALESSANDRO ​RIGGIO (Tit.)
Periodo
Secondo Semestre​
Modalità d'Erogazione
Convenzionale​
Lingua Insegnamento
INGLESE​



Informazioni aggiuntive

CorsoPercorsoCFUDurata(h)
[60/68] ​ ​FISICA [68/00 - Ord. 2014] ​ ​PERCORSO COMUNE648
Obiettivi

Il corso di Astrofisica nel corso di laurea magistrale in Fisica ha lo scopo di fornire una panoramica generale sui processi fisici che caratterizzano l'emissione elettromagnetica (e non solo) di tutti gli oggetti astronomici. Verrà inoltre fornita una introduzione alla fisica del plasma. Una descrizione più dettagliata del corso è data di seguito.

1. Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente estenderà la conoscenza di tutti i meccanismi di assorbimento e di emissione di onde elettromagnetiche dalla materia, con particolare riguardo alla loro dipendenza funzionale dai parametri fisici (densità e temperatura del mezzo interagente) e la loro applicazione agli oggetti e processi astrofisici.
Lo studente acquisirà conoscenze utili per capire l'origine, l'evoluzione e meccanismi fisici di alcune classi di oggetti astrofisici, con particolare attenzione a quelli che possono essere utilizzati per testare lui moderne teorie della gravità, interazioni fondamentali e lo stato della materia in condizioni estreme.

2. Capacità applicative
Lo studente sarà guidato, attraverso esercizi in classe e compiti a casa, nel calcolo dei parametri fisici di alcune classi di corpi cosmici e imparare a semplificare problemi complessi nei loro termini essenziali.

3. Autonomia di giudizio
Lo studente sarà stimolato e allenato nell'applicazione del metodo scientifico come strumento per l'analisi dei fenomeni naturali, con particolare attenzione sui concetti di legge di causalità e di conservazione.

4. Abilità nella comunicazione
Lo studente apprenderà come esporre le idee organizzazione della conoscenza in modo gerarchico, e come esprimere se stesso con appropriata terminologia formale nel campo dell'astrofisica.

5. Capacità di apprendere
Lo studente sarà fornito un solido supporto metodologico per lo studio dell'Astrofisica e di essere in grado di affrontare con successo argomenti simili e/o più avanzati, sia nel contesto della Laurea Magistrale in Fisica sia nel quadro del programma di dottorato in Fisica.

Prerequisiti

Lo studente deve avere robuste basi di matematica (calcolo differenziale, calcolo integrale, equazioni differenziali a coefficienti costanti) e di Fisica (leggi della meccanica classica di conservazione, elettromagnetismo, conoscenza di base della meccanica quantistica, fondamenti di meccanica statistica): è quindi sufficiente che lo studente ha metabolizzato contenuti del corso di laurea triennale in Fisica.

Contenuti

Durante il corso i seguenti argomenti saranno affrontati. L'ordine con cui sono riportati non coincide con l'ordine cronologico. Per ogni argomento è riportato il numero stimato di ore.

1 Keplero, Newton, e la funzione di massa (4h)
Introduzione, sistemi stellari binari, Keplero e Newton, soluzioni di Newton, le determinazioni di massa. Esercizi.

2 Equilibrio stellare (4h)
Introduzione, di lunghezza di Jeans, equilibrio idrostatico, teorema del viriale, scale di tempi, la combustione nucleare, luminosità di Eddington, pulsazioni stellari. Esercizi.

3 Equazioni di stato (4h)
Introduzione, distribuzione di Maxwell-Boltzmann, funzione di distribuzione di fase-spazio, gas ideale, gas di fotoni, gas di elettroni degenerata. Esercizi.

4 struttura stellare ed evoluzione (4h)
Introduzione, Equazioni di struttura stellare, modellazione e l'evoluzione, stelle compatte, l'evoluzione binaria. Esercizi.

5 radiazione termica bremsstrahlung (4h)
Introduzione, plasma caldo, singolo collisione elettrone-ioni, elettroni termale e un singolo ione, Spettro di fotoni emessi, quantità misurabili. Esercizi.

6 Radiazione di corpo nero (2h)
Introduzione, caratteristiche della radiazione, l'espansione cosmologica. Esercizi.

7 Teoria della Relatività Ristretta in astronomia (4h)
Introduzione, postulati della relatività speciale, trasformazioni di Lorentz, effetto Doppler, aberrazione, getti astrofisici, la forza magnetica e le collisioni. Esercizi.

8 Radiazione di Sincrotrone (4h)
Introduzione, scoperta della radiazione di sincrotrone celeste, frequenza della radiazione emessa, potenza irradiata dall'elettrone, Insiemi di particelle radianti, radiazione di curvatura coerente. Esercizi.

9 Effetto Compton (4h)
Introduzione, Compton classico, Compton Inverso, Emissione di "Synchrotron self-Compton (SSC)", effetto Sunyaev-Zeldovich. Esercizi.

10 Radiazione di spin-flip dell'idrogeno (2h)
Introduzione, La Galassia, La transizione iperfine a 1420 MHz, rotazione della Galassia, Assorbimento Zeeman a 1420 MHz. Esercizi.

11 Dispersione e rotazione di Faraday (4h)
Introduzione, le equazioni di Maxwell, Dispersione, rotazione di Faraday, campo magnetico galattico. Esercizi.

12 Lensing gravitazionale (4h)
Introduzione, Scoperta, lente da massa puntiforme, lente da massa estesa, approccio di Fermat, lensing forte e debole. Esercizi.

13 Fisica dei Plasmi (4h)
Introduzione, Plasma come fluido, onde nel plasma. Esercizi.

Il docente è disponibile, su richiesta degli studenti e se c'è la disponibilità temporale, ad approfondire argomenti già trattati o trattarne di nuovi.

Metodi Didattici

Il corso si sviluppa in circa 24 lezioni frontali di due ore ciascuna per un totale di 48 ore di didattica frontale.
In classe verranno proiettate diapositive e verrà utilizzata la lavagna a completamento.
Tutti i principali risultati sono derivati in dettaglio e in modo esplicito.
Per ogni argomento verranno proposti esercizi da risolvere durante le lezioni. Inoltre, altri compiti sull'argomento saranno assegnati allo studente tramite la piattaforma Moodle (link).
Sempre attraverso la piattaforma moodle sono disponibili le diapositive delle lezioni

Verifica dell'apprendimento

L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.
L'esame consiste in una prova orale (di circa 45 minuti) in cui verranno discussi almeno tre argomenti trattati nel corso e in cui saranno valutati:

1) Il livello di acquisizione di conoscenze impartite durante il corso,
2) la capacità di fare collegamenti tra concetti e conoscenze,
3) le capacità di presentazione.

Il voto finale dopo il colloquio orale è assegnato seguendo la seguente Tabella Docimologica.

Insufficiente: lo studente dimostra di non aver compreso molte delle costruzioni fondamentali della disciplina.

18-24: lo studente conosce quasi tutti gli argomenti chiesti durante l’esame; dimostra di aver capito e assimilato sufficientemente gli argomenti.

25-28: lo studente conosce tutti gli argomenti chiesti durante l’esame; dimostra di aver capito e assimilato bene gli argomenti; utilizza in modo corretto il linguaggio della disciplina.

29-30: lo studente conosce molto bene tutti gli argomenti chiesti durante l’esame; dimostra di aver capito e assimilato molto bene gli argomenti; utilizza in modo corretto il linguaggio della disciplina; è in grado di spiegare le nozioni apprese.

30 e lode: lo studente conosce perfettamente tutti gli argomenti chiesti durante l’esame; dimostra di aver capito e assimilato in profondità tutti gli argomenti; utilizza in modo corretto il linguaggio della disciplina; è in grado di spiegare le nozioni apprese.

Testi

Qui di seguito sono indicati i testi consigliati per il corso. Per ognuno di essi è disponibile il link al sistema bibliotecario di Ateneo.

Il corso è basato principalmente sul testo Bradt, H.: Astrophysics processes.
Per la parte relativa al trasporto radiativo si farà riferimento ai capitoli 1 e 2 del testo Rybicki & Lightman: Radiative Process in Astrophysics.
Per quanto riguarda l'introduzione alla fisica dei plasmi il testo di riferimento è il Chen, Francis F.: Introduction to plasma physics.

Altre Informazioni

I compiti a casa saranno somministrati agli studenti attraverso lo strumento Moodle.

Ricordiamo a tutti gli studenti che il nostro Ateneo fornisce supporto per studenti affetti da disturbi specifici dell'apprendimento (DSA). Chi fosse interessato può trovare maggiori informazioni a questo link

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