Astrofisica nucleare relativistica 1

A.A. 2021/2022
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/05
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di presentare agli studenti i principi della fisica stellare, sia a livello microscopico che macroscopico. Vengono studiate le proprietà termodinamiche della materia stellare, l'equilibrio e stabilità gravitazionale dei corpi autogravitanti, la produzione e il trasporto di energia nelle stelle. In questo modulo, la teoria generale viene esemplificata sulle stelle classiche.
Risultati apprendimento attesi
Alla fine del corso, lo studente dovrà avere compreso i seguenti concetti:
· Equazione di stato della materia alle varie temperature e pressioni presenti nelle stelle
· Teorema del viriale gravitazionale e sua applicazione all'equilibrio e evoluzione stellare
· Teoria dei politropi e modello standard di Eddington
· Reazioni termonucleari nelle varie fasi evolutive
· Trasporto di energia (conduzione, convezione e trasporto radiativo)
· Random walk e diffusione applicati alle atmosfere stellari (atmosfera di Eddington, temperatura di colore)
· Equazioni di struttura stellare e teoria della sequenza principale (omologia)
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Periodo
Primo semestre
Le lezioni verranno condotte in presenza e trasmesse via streaming in sincrono nell'aula virtuale di Dipartimento corrispondente a quella reale di lezione.
Programma
Introduzione al insegnamento - Tipiche condizioni di densità e temperatura nelle stelle compatte - Limiti di applicabilità della fisica classica nelle stelle compatte. Equazione di stato della materia stellare: Richiami di termodinamica e di meccanica statistica - Gas perfetto di Maxwell-Boltzmann (non-relativistico e ultrarelativistico) - Gas di Fermi degenere: caso non-relativistico, ultrarelativistico e generale - Correzioni al caso T=0 e calore specifico del gas di Fermi - Gas di fotoni - Regimi di applicabilità delle equazioni di stato - Correzioni elettrostatiche al gas degenere di elettroni - Gas n-p-e e cattura elettronica in sistemi autogravitanti- Equazioni di stato 'below neutron drip'e 'above neutron drip'- Equazione di stato della materia densa: il problema dell'interazione NN ed i potenziali fenomenologici - Materia esotica ad alte
densità.
Struttura ed evoluzione stellare : Teorema del viriale - Equilibrio idrostatico di un gas nonrelativistico ed ultrarelativistico - Contrazione gravitazionale ed evoluzione da protostella a stella - Condizioni per l'innesco delle reazioni termonucleari - Indice adiabatico ed instabilità di corpi autogravitanti - Politropi: equazioni di Lane-Emden, masse e raggi - Trasporto del calore: teoria cinetica e random-walk - Trasporto radiativo ed opacità - Approssimazione diffusionale - Equazione del calore e diffusività - Gradiente di temperatura ed equazioni della struttura stellare - Relazione fra temperatura interna e luminosità - Scattering e assorbimento di fotoni: temperatura efficace e spettrale - Le equazioni della struttura stellare - Modello standard e relazione massa-luminosità per stelle in equilibrio radiativo.
Prerequisiti
L'insegnamento non ha prerequisiti particolari, se non conoscenze di base di fisica classica, meccanica quantistica e relatività ristretta, ed i vari argomenti saranno introdotti e sviluppati in maniera consistente all'interno dell'insegnamento.
Metodi didattici
Modalità di frequenza:
Fortemente consigliata;
Modalità di erogazione:
Tradizionale.
Materiale di riferimento
- A.C. Phillips: The Physics of Stars (Wiley Interscience, 1999)
- D. Prialnik: An Introduction to the Theory of Stellar Structure and Evolution (Cambridge University Press, 2000)
- S.L. Shapiro and S.A. Teukolsky: Black Holes, White Dwarfs, and Neutron Stars: the Physics of Compact Objects (Wiley Interscience, 1983)
- D.D. Clayton: Principles of Stellar Evolution and Nucleosynthesis (The University of Chicago Press, 1983)
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una discussione orale, di circa un'ora, che verte sugli argomenti trattati nel insegnamento. Vengono verificate sia le nozioni teoriche apprese che la loro applicazione quantitativa a semplici casi.
FIS/05 - ASTRONOMIA E ASTROFISICA - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento
Dipartimento di Fisica - Sezione di Fisica Teorica - Studio DC/1/28