Cosmic physics 1

A.Y. 2018/2019
6
Max ECTS
42
Overall hours
SSD
FIS/05
Language
Italian
Learning objectives
Lo scopo del corso e' fornire le basi di alcuni processi fisici fondamentali di rilevanza astrofisica. in particolare, il corso si concentra su due aspetti fondamentali: (1) Interazione radiazione-materia. Lo studente imparera' quali siano i processi fisici che portano all'emissione, assorbimento e scattering di radiazione elettromagnetica, in ambito non-relativistico e relativistico. Alla fine del corso lo studente sara' in grado di riconoscere lo spettro della radiazione emessa in diversi contesti astrofisici, e sapra' risolvere semplici casi di trasporto radiativo. (2) Astrofisica dei fluidi. Lo studente imparera' le equazioni di base della fluidodinamica, incluse le equazioni di Navier-Stokes, con riferimenti anche alla magnetoidrodinamica. Sara' in grado di riconoscere vari tipi di equilibrio idrostatico, in particolare in ambiente astrofisico. Sara' in grado di ricavare la relazione di dispersione per onde in diversi contesti. Riconoscera' e sara' in grado di utilizzare le relazioni di Rankine-Hugoniot per onde d'urto. Verranno studiati diversi tipi di instabilita' e verra' data una introduzione allo studio della turbolenza.

Per sua natura il corso si rivolge in primo luogo a studenti con interesse astrofisico, ma visto il carattere fondamentale di molti degli argomenti trattati, e' idoneo anche a studenti di fisica con background differenti.
Expected learning outcomes
Undefined
Course syllabus and organization

Single session

Responsible
Lesson period
First semester
Course syllabus
-) Fundamental Physical Processes
-) Interaction of radiation and matter:
· The electromagnetic field. Radiation from moving charges: Larmor's formula, dipole approximation.
· Thomson scattering, Rayleigh scattering.
· Bremsstrahlung: single charge spectrum, spectrum of a thermal electron population.
· Cyclotron and synchrotron radiation. Compton scattering and inverse Compton scattering.
· Emission and absorption coefficients. Equation of radiative transfer. Optical depth.
· Blackbody radiation. Kirchhoff's theorem. Einstein's coefficients.
-) Astrophysical Fluid Dynamics:
· Fluid equations. Eulerian and Lagrangian approaches.
· Continuity equation, Euler's equation, equation of state. Poisson's equation. Energy equation.
· Hydrostatic equilibrium: isothermal atmosphere, self-gravitating isothermal slab, polytropic spheres, Bonnor-Ebert spheres.
· Waves and fluid instabilities: sound waves, shock waves. Thermal instability, Gravitational instability. Overview of Rayleigh-Taylor and Kelvin-Helmholtz instabilities.
· Viscous fluids: Navier-Stokes equations.
· Turbolence: overview of Kolmogorov theory.
· Accretion discs theory.

-) Star formation
· Introduction to star formation: molecular clouds and molecular cloud cores. Scale relations for molecular clouds. The opacity limit for fragmentation. Formation and evolution of molecular clouds.
· Spectral classification of young stellar objects: Class I, II and III sources.
· Protostellar accretion discs: discs around T Tauri stars, discs in FU Orionis objects.
· Star formation for high mass stars and brown dwarfs.

-) Planet formation
· Introduction: extra-solar planets observations. Statistical properties of extra-solar planets.
· Models for extra-solar planet formation: the 'core accretion' model, the gravitational instability model.
· (Migration during planet formation: migration involving the solid component in protostellar discs, Type I and Type II migration)
FIS/05 - ASTRONOMY AND ASTROPHYSICS - University credits: 6
Lessons: 42 hours
Professor: Lodato Giuseppe
Professor(s)
Reception:
Monday 14.00-15.00 (upon appointment)
Teacher's office