Introduzione all'astrofisica

A.A. 2015/2016
Insegnamento per
6
Crediti massimi
48
Ore totali
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
Il corso intende dare una panoramica su alcuni sviluppi dell'astrofisica moderna e particolare rilievo al ruolo che le misure svolgono nel progresso in astrofisica. Si tratta di un corso integrato (ovvero tenuto da più docenti). Dopo una parte generale (GB), una parte del corso sarà dedicata a misure astrofisiche "classiche" (AM) e un'altra a misure astrofisiche affini alla fisica delle particelle (BC).
I principali centri di interesse del corso nascono dalle seguenti domande di natura molto generale. In cosa consiste l'attività dell'astrofisico? Quali sono i risultati più interessanti dell'astrofisica moderna? Come si relaziona il progresso in astrofisica al progresso di strumentazione e tecnologia? Il corso "Introduzione all'Astrofisica" cerca di dare una prima risposta a questi interrogativi. Il suo scopo è di offrire allo studente la possibilità di conoscere la mentalità dell'astrofisico e, attraverso esempi concreti importanti, un panorama di alcuni interessanti filoni dell'astrofisica moderna.

Struttura insegnamento e programma

Edizione attiva
Responsabile
Lezioni: 48 ore
Docenti: Bertin Giuseppe, Caccianiga Barbara, Mennella Aniello
Programma
PARTE 1 (G. Bertin 20 ORE)
1.1 Sorgenti di informazione astronomica e nozioni generali sui processi fisici responsabili delle varie emissioni osservate. Radiazione elettromagnetica, particelle, onde gravitazionali.
1.2 Panoramica sul quadro astrofisico moderno. Il progresso astrofisico come confronto tra modelli e misure; ruolo delle "misure decisive". Osservazioni da terra e dallo spazio. Astronomia ottica. Radioastronomia. Astrofisica X e gamma. Neutrini. Fisica dello spazio. La scoperta delle galassie, come esempio chiave nell'astrofisica del ventesimo secolo e come ponte tra l'astrofisica dei sistemi astronomici su "piccola scala" e la cosmologia. Proprietà generali delle galassie; scale, dimensioni, e alcune relazioni fisiche.
1.3 Il problema della materia oscura. Come pesare le sorgenti di luce osservate ai telescopi. Buchi neri massicci al centro delle galassie: il caso della nostra Galassia. Il problema dello spessore del disco nella nostra Galassia.
1.4 Teorema del viriale e applicazione agli ammassi di galassie.
1.5 Il problema della materia oscura nelle galassie a spirale. Curve di rotazione e loro decomposizione in contributi di disco e di alone.
1.6 Impatto cosmologico, lenti gravitazionali, brevissima introduzione a MOND.

PARTE 2 (A. Mennella 14 ORE)
2.1 Requisiti fondamentali nell'osservazione del cielo (risoluzione angolare, larghezza di banda spettrale, sensibilità, risoluzione temporale, polarizzazione; calibrazioni, segnali spuri, effetti sistematici), con esempi relativi a osservazioni ottiche (Hubble Space Telescope) e radio (radiazione di fondo cosmico).
2.2 Telescopi a riflessione in varie bande (radio, ottico, X), con esempi di applicazione relativi alla misura di curve di rotazione delle galassie e alla scoperta di gas caldo intergalattico negli ammassi di galassie.
2.3 Tecniche per il miglioramento della risoluzione angolare (interferometria, ottica adattiva), con applicazione allo studio di buchi neri massicci al centro delle galassie.
2.4 Telescopi operanti dallo spazio e applicazioni allo studio dell'universo lontano, con esempi relativi a osservazioni ottiche (Hubble Space Telescope, James Webb Space Telescope) e radio (radiazione di fondo cosmico; WMAP, PLANCK); limiti e vantaggi rispetto ai telescopi operanti da terra.

PARTE 3 (B. Caccianiga 14 ORE)
3.1 Strategie per la rivelazione di particelle di origine astrofisica. Neutrini, raggi gamma, raggi cosmici. Effetto Cerenkov e fluorescenza. Cenni ai principali tipi di rivelatore utilizzati. Fotomoltiplicatori, bolometri, rivelatori a stato solido.
3.2 Misure di neutrini solari e di neutrini da supernova. Richiamo dei problemi astrofisici che motivano queste misure. Obiettivi e risultati degli esperimenti SNO, superKamiokande, Borexino.
3.3 Ricerca di particelle di materia oscura. Tecniche criogeniche e tecniche non-criogeniche. Obiettivi e risultati dell'esperimento DAMA.
3.4 Misure di raggi cosmici di altissima energia con esperimenti da terra. Natura dei raggi cosmici; origine del "cutoff GZK". Obiettivi e risultati dell'esperimento AUGER.
Propedeuticità
Nessuno in particolare. E' sufficiente che lo studente abbia assimilato i concetti appresi nei primi anni dell'Universita' e che sia disponibile a applicarli in modo creativo anche al di fuori del quadro dei corsi in cui i vari concetti di base vengono insegnati.
Prerequisiti e modalità di esame
L'esame consiste in una discussione orale che verte sugli argomenti trattati nel corso.
Metodi didattici
Modalità di frequenza:
Fortemente consigliata;
Modalità di erogazione:
Tradizionale.
Materiale didattico e bibliografia
Il Corso ha un'impostazione nuova e non segue alcun libro di testo particolare.
Per approfondire i temi generali trattati nel Corso, si suggerisce la consultazione di:
H. Bradt "Astronomy Methods: A Physical Approach to Astronomical Observations", Cambridge University Press (2004)
C.R. Kitchin "Astrophysical Techniques", Institute of Physics Publishing, 4th ed. (2003)
A. Goobar, L. Bergstrom "Cosmology and Particle Astrophysics", Springer-Praxis Books, 2nd ed. (2004)
D. Perkins "Particle Astrophysics", Oxford University Press (2003)
Periodo
Secondo semestre
Docente/i
Ricevimento:
Su appuntamento
Ufficio, Via Celoria 16