Cosmologia

A.A. 2020/2021
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/05
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso di Cosmologia si propone di fornire agli studenti una visione moderna e il più possibile completa della storia e dell'evoluzione dell'Universo nel suo insieme. Gli ultimi hanno hanno visto l'affermazione, in ambiente Cosmologico, del cosiddetto "modello cosmologico standard", cioè di una serie di risultati teorici e osservativi che, complessivamente, forniscono una descrizione relativamente completa dei principali processi fisici su larga scala che interessano l'universo. Nel corso verranno fornite le basi per comprendere il modello cosmologico standard, con particolare riguardo per modelli uniformi e isotropici dell'Universo (lasciando gran parte dello studio delle inomogeneità per il corso di Cosmologia 2). Sebbene il corso sia di natura prevalentemente teorica, verrà data la giusta enfasi all'applicazione dei concetti appresi per misure cosmologiche.
Risultati apprendimento attesi
Al termine del corso lo studente sarà in grado di

1. Conoscere i principali parametri osservativi astrofisici rilevanti per la
cosmologia.

2. Comprendere le ipotesi principali utilizzate per la costruzione dei modelli
cosmologici e le loro implicazioni geometriche in contesto relativistico.

3. Conoscere la storia dinamica dell'Universo (Big Bang e età dell'Universo,
legge di Hubble e espansione accelerata)

3. Avere una visione competa della storia termica dell'Universo e della
formazione degli elementi (nucleosintesi primordiale).

4. Conoscere alcune delle più efficaci tecniche di indagine della geometria
dell'Universo (formazione di strutture massicce, lenti gravitazionali,
radiazione cosmica di fondo)

5. Apprezzare come alcune dei problemi lasciati insoluti dal modello
cosmologico standard possano essere risolti dal paradigma inflazionario.

6. Risolvere semplici problemi di natura cosmologica, effettuando i relativi
calcoli, e utilizzando dati reali presenti in database pubblici.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Responsabile
Periodo
Secondo semestre
L'insegnamento verrà erogato interamente da remoto in caso di limitazioni alla mobilità legate all'emergenza sanitaria. In tal caso le lezioni verranno effettuate in aule virtuali (piattaforma zoom) in collegamento sincrono, con la possibilità di interazione in tempo reale tra gli studenti e il docente. Il materiale didattico utilizzato per l'erogazione delle lezioni verrà messo a disposizione degli studenti.
Programma
- Cosmologia osservativa
· La struttura della Via Lattea e dell'Universo vicino
· Galassie, ammassi di galassie
· Particelle presenti nell'Universo osservabile
· Misure di distanza e massa in cosmologia
· La legge di Hubble

- Cosmologia classica
· Principi cosmologici
· Richiami al concetto di metrica in relatività
· Universo isotropo (metrica Robertson-Walker)
· Equazioni di Friedmann-Lemaître
· Distanze in cosmologia
· Dinamica dell'espansione e semplici modelli cosmologici

- Storia termica dell'Universo
· Equilibrio cinetico e chimico di particelle
· Equazione di Boltzmann
· Abbondanza di particelle e freeze-out
· Disaccoppiamento dei neutrini
· Nucleosintesi primordiale: teoria e osservazioni

- Lensing gravitazionale
· Teoria del lensing forte
· Semplici modelli di lente e applicazioni cosmologiche
· Lensing debole in ammassi di galassie
· Cenni al lensing debole in contesto cosmologico

- Inflazione e fondo cosmico
· Equazioni di Boltzmann per i fotoni
· Equazioni di Einstein con perturbazioni lineari
· Condizioni iniziali ed inflazione
· Anisotropie nel fondo cosmico

- Inflazione e fondo cosmico a microonde
  · Equazioni di Boltzmann per i fotoni
   · Equazioni di Einstein con perturbazioni lineari
   · Condizioni iniziali e inflazione
   · Anisotropie sullo sfondo cosmico a microonde
Prerequisiti
Si ritengono indispensabili i contenuti dei corsi di fisica e di matematica della laurea triennale. Inoltre, sono altamente consigliati i contenuti del corso di Astronomia (Laurea Magistrale).
Metodi didattici
Lezioni frontali.
Materiale di riferimento
"Cosmology", S. Weinberg, Oxford University Press, 2004
"Cosmological Physics", J.A. Peacock, Cambridge University Press, 2012
"The Early Universe", E.W. KolbFrontiers & M.S. Turner, Frontiers in Physics, 1994
"Modern Cosmology", S. Dodelson, Elsevier, 2003
Appunti delle lezioni
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una discussione orale della durata di un'ora che verte sugli argomenti trattati nel corso e sulle capacità di utilizzare le informazioni disponibili allo studente per ottnere semplici risultati di rilevanza cosmologica.
FIS/05 - ASTRONOMIA E ASTROFISICA - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente/i
Ricevimento:
Mercoledì dalle 14 alle 17 (previo appuntamento)
Proprio studio