Astrofisica nucleare relativistica 2

A.A. 2021/2022
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/05
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento applica i principi di fisica stellare sviluppati nel primo modulo allo studio delle stelle compatte. Vengono discusse la fenomenologia e gli aspetti teorici delle nane bianche, delle esplosioni di supernova e delle stelle di neutroni nelle loro varie manifestazioni (pulsars, magnetars, sorgenti termiche). Sono trattate le varie bande di osservazione (elettromagnetica, neutrini, onde gravitazionali) della astronomia multi-messenger .
Risultati apprendimento attesi
Alla fine del corso, lo studente dovrà avere compreso i seguenti concetti:
· Struttura delle nane bianche e massa limite di Chandraseckar
· Energetica delle supernove di tipo Ia
· Teoria delle supernove di tipo II: fotodissociazione nucleare, collasso del core, intrappolamento dei neutrini, collasso adiabatico omologo, onde d'urto
· Emissione di neutrini dalla protostella di neutroni
· Struttura delle stelle di neutroni e loro diverse manifestazioni (pulsar, magnetars, sorgenti termiche)
· Massa limite delle stelle di neutroni in relatività Generale
· Emissione di neutrini e raffreddamento delle stelle di neutroni
· Emissione di dipolo magnetico e indice di frenamento nelle pulsars
· Superfluidità nucleare, vortici superfluidi e glitches nelle pulsars
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
Nane Bianche: Introduzione, fenomenologia ed osservazioni - Predizioni teoriche con la teoria dei politropi - Massa limite di Chandrasekhar - Correzioni al modello: sequenze di nane bianche - Raffreddamento radiativi delle nane bianche.
Esplosioni di Supernova: Introduzione, fenomenologia ed osservazioni - Cenni alle supernovae di tipo Ia - Supernovae di tipo II: descrizione delle diverse fasi del collasso gravitazionale e dell'esplosione - Il caso di SN1987A: osservazioni e teoria - Collasso gravitazionale: fotodissociazione di nuclei e cattura elettronica - Intrappolamento dei neutrini e collasso omologo: equazioni del collasso e variazioni di entropia - Punto sonico e formazione dell'onda d'urto: le equazioni di Hugoniot - Propagazione dell'onda d'urto e meccanismi di esplosione.
Stelle di Neutroni e Pulsars: Introduzione, fenomenologia ed osservazioni - Equazioni di TOV in relatività generale e massa limite - Raggi e masse delle stelle di neutroni e dipendenza all'equazione di stato - Struttura radiale e regimi della materia densa: core, crosta e superficie - Emissione di neutrini dal core, raffreddamento delle stelle di neutroni e temperature superficiali - Superfluidità nucleare: effetti sul calore specifico e sui tempi di raffreddamento osservabili - Introduzione alle pulsars: proprietà osservabili della radiazione emessa e loro interpretazione - Il modello del dipolo ruotante per le pulsars - Glitches nel periodo di rotazione e modello a due componenti - Proprietà rotazionali di un superfluido: irrotazionalità, formazione di vortici e pinning dei vortici sui nuclei come modello per i glitches.
Astrofisica in banda X e gamma: Cenni alle sorgenti X contenenti oggetti compatti: sorgenti binarie in accrescimento, millisecond X-ray pulsars, magnetars, RRATs - Cenni ai Gamma Ray Bursts - Stelle compatte ed emissione di onde gravitazionali.
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. Il secondo modulo richiede le conoscenze esposte nel primo modulo.
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 nell'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