Introduzione all'astrofisica

A.A. 2018/2019
Insegnamento per
6
Crediti massimi
48
Ore totali
SSD
FIS/05
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
FIS/05 - ASTRONOMIA E ASTROFISICA - CFU: 6
Lezioni: 48 ore
Programma
PARTE 1 (G. Bertin 22 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. Il buco nero massiccio al centro della nostra Galassia. Il problema dello spessore del disco nella nostra Galassia.


1.4 Teorema del viriale e applicazione agli ammassi di galassie. Applicazione del modello di equilibrio idrostatico all'emissione X dagli ammassi.


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 (Modified Newtonian Dynamics).



PARTE 2 (G. Lodato 10 ORE)

2.1 Buchi neri in astrofisica: descrizione matematica e proprieta' fisiche: massa e spin. Lunghezze scala tipiche. I buchi neri come sorgente di energia: efficienza e luminosita' di Eddington.


2.2 Buchi neri supermassicci nei nuclei delle galassie. Relazioni di scala. I Nuclei Galattici Attivi e loro fenomenologia.


2.3 Buchi neri di massa stellare. Binarie a raggi X: caratteristiche osservative. Transizioni di stato e QPO (Quasi-Periodic Oscillation).


2.4 Fenomeni transienti: onde gravitazionali e loro sorgenti. Distruzione mareale di stelle.


PARTE 3 (L. Guzzo 4 ORE)
3.1 Lo scenario cosmologico: Introduzione generale alle misure sperimentali.
3.2 Lo scenario cosmologico: Hot Big Bang e la formazione delle strutture.

PARTE 4 (B. Caccianiga * 12 ORE)
4.1 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.
4.2 Misure di neutrini solari e di neutrini da supernova. Richiamo dei problemi astrofisici che motivano queste misure. Obiettivi e risultati degli esperimenti sui neutrini (Gallex, Homestake, Superkamiokande, Borexino, SNO..).
4.3 Ricerca di particelle di materia oscura. Tecniche criogeniche e tecniche non-criogeniche. Obiettivi e risultati di alcuni esperimenti sulla materia oscura (DAMA, XENON, DarkSide..)
4.4 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. Misure di neutrini di altissima energia. Obiettivi e risultati dell'esperimento IceCube. La nascita dell'astronomia multi-messanger.
* 2017/2018; sostituita da A. C. Re nell'anno accademico 2018/2019.
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
Periodo
Secondo semestre
Modalità di valutazione
Esame
Giudizio di valutazione
voto verbalizzato in trentesimi
Docente/i
Ricevimento:
Su prenotazione via email
Ufficio 1 Piano, corridoio Astrofisica/Plasmi
Ricevimento:
Lunedì 14.30-15.30 (previo appuntamento)
Via Celoria 16