Astronomia 1

A.A. 2021/2022
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/05
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti un quadro generale e completo della fisica stellare. Partendo dalle proprietà fondamentali delle stelle dedotte direttamente dalle osservazioni (fotometria, spettroscopia, parallasse, misure di massa in sistemi binari), si discutono i modelli che descrivono l'equilibrio, la produzione di energia, e l'evoluzione delle stelle. In questo percorso vengono via via introdotte molte delle grandezze fisiche e dei concetti di uso generale in Astrofisica, necessari anche come base per intraprendere il corso di Astronomia II.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente al termine del corso avrà acquisito le seguenti abilità:
1. sarà in grado di utilizzare correttamente i concetti di base quali luminosità e magnitudine (relativa e assoluta), brillanza superficiale, densità di flusso, temperatura efficace, raggio di luminosità.
2. saprà descrivere le principali proprietà di uno spettro stellare, la radiazione continua, le righe di assorbimento
3. Saprà calcolare velocità relative da misure dell'effetto Doppler nelle righe spettrali, nonchè valutare gli effetti di temperatura e pressione dal profilo delle righe di assorbimento
4. sarà in grado di discutere le proprietà princilali del Sole, la sua struttura, il suo ciclo, la sua attività magnetica, le caratteristiche della forosfera, della cromosfera e della corona.
5. avrà padronanza dei meccanismi di produzione di energia nucleare nelle stelle, e delle evidenze sulle condizioni interne attraverso l'eliosismologia e la fisica del neutrino
6. avrà padronanza delle equazioni di equilibrio stellare, e dei meccanismi di trasporto radiativo e convettivo all'interno della stella
7. sarà in grado di discutere l'evoluzione stellare per stelle di masse diverse, fino alle loro fasi finali
8. saprà discutere le proprietà del gas degenere, la natura delle nane bianche e delle stelle di neutroni, le condizioni per la formazione di un buco nero stellare
9. sarà in grado di calcolare distanze astronomiche deducibili da osservazioni di proprietà stellari, in particolare attraverso misure di parallasse trigonometrica, parallasse spettroscopica, misura di variabili cefeidi, supernovae di tipo Ia.
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Periodo
Primo semestre
L'insegnamento potrà essere erogato interamente da remoto se vi fossero limitazioni alla mobilità legate all'emergenza sanitaria. In tal caso le spiegazioni verranno offerte in aule virtuali (piattaforma zoom) in collegamento sincrono, con la possibilità di interazione in tempo reale tra gli studenti e il docente.
Programma
PARTE I - Proprietà fondamentali delle stelle
- Cenni storici
- Radiazione continua dalle stelle. Brillanza. Spettro elettromagnetico. Legge di Planck. Indici di colore. Distanze stellari. Magnitudini assolute.
- Righe spettrali nelle stelle. Tipi spettrali. Formazione delle righe spettrali. Diagramma Hertzsprung-Russell.
- Stelle binarie e masse stellari. Effetto Doppler in orbite circolari. Stelle binarie in orbite ellittiche. Masse stellari. Dimensioni stellari.
- Il Sole come stella tipica. Struttura fondamentale. Elementi di teoria del trasporto radiativo. La fotosfera. La cromosfera. Corona solare. Attività solare.

PARTE II - Evoluzione stellare
- Sequenza principale. Sorgenti dell'energia stellare. Astrofisica nucleare: formazione degli elementi in condizioni di equilibrio ed esplosive. Struttura delle stelle. Equilibrio idrostatico. Trasporto radiativo e convettivo di energia. Abbondanze cosmiche. Modelli stellari. Neutrini solari.
- La fase finale dell'evoluzione stellare. Oltre la sequenza principale. Giganti. Variabili Cefeidi. Nebulose planetarie. Nane bianche.
- Richiami di relatività. Cenni di Relatività speciale e generale. Test astronomici della relatività generale. Redshift gravitazionale. Onde gravitazionali. Raggio di Schwarzschild. Buchi neri.
- La fase finale delle stelle massicce. Supernovae e resti di SNe. Stelle di neutroni. Pressione, rotazione e campo magnetico di stelle compatte. Pulsars. Pulsars e spazio interstellare. Buchi neri stellari.
- Evoluzione di binarie compatte. Sistemi compatti con una nana bianca. Sistemi compatti con stelle di neutroni. Sistemi con un buco nero. Esempi di sistemi compatti.
Prerequisiti
Si assume che lo studente abbia fatto proprie le conoscenze di base della laurea triennale in Fisica.
Metodi didattici
Si espongono gli argomenti invitando gli studenti a intervenire e domandare, per favorire una comprensione critica e personale. Si utilizza anche materiale multimediale che viene reso disponibile agli studenti dopo ogni lezione.
Materiale di riferimento
Testi di riferimento:
-- Marc L. Kutner, "Astronomy: a Physical Perspective", Cambridge Univesity Press, 2003
-- D. Maoz, "Astrophysics in a nutshell", 2008, Princeton University Press
Inotre gli articoli, materiale, slides etc. usate al corso saranno di volta in volta resi disponibili agli studenti.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Un colloquio approfondito sugli argomenti del corso, teso anche ad evidenziare la comprensione crtitica dei contenuti.
FIS/05 - ASTRONOMIA E ASTROFISICA - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente/i
Ricevimento:
Su appuntamento
Laboratorio di Strumentazione Spaziale, Dipartimento di Fisica (via Celoria 16, Milano)