ASTROFISICA SPERIMENTALE
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2022/2023
- Docente
- PIERO ROSATI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- FIS/05
Obiettivi formativi
- Il corso di Astrofisica Sperimentale (60 ore) ha la finalità di introdurre lo studente alle problematiche relative alle misure di grandezze astrofisiche e delle tecniche in uso nell'astrofisica. Vengono introdotte le grandezze di interesse astrofisico e vengono illustrati i metodi fondamentali che consentono le stime di massa (massa solare, masse tipiche di stelle, ammassi stellari, galassie) di lunghezza (definizione di parsec, distanze tra stelle, dimensioni delle galassie, distanze tra galassie) di tempo (età dell'Universo, del Sole, di altri oggetti celesti di interesse). Alcuni degli argomenti trattati durante il corso quali la recente conferma dell’esistenza delle onde gravitazionali e la continua scoperta di nuovi pianeti extrasolari sono di straordinaria importanza e attualità e quindi elementi fondamentali per lo studente che si avvicina oggi allo studio dell'Astrofisica. Inoltre, lo studente acquisirà una preparazione tecnologica/sperimentale di base nel campo dell’Astrofisica grazie alla descrizione delle strumentazioni più sofisticate in uso oggi per la rivelazione della radiazione proveniente da sorgenti celesti (con particolare riferimento alle radiazioni X e Gamma). Infine, grazie alla parte dedicata all'analisi di veri dati provenienti da osservatori spaziali di oggetti celesti di particolare interesse, lo studente maturerà anche una capacità di base nell’interpretare criticamente i dati attraverso determinati modelli fisici.
Prerequisiti
- Lo studente deve avere buona conoscenza della Fisica di base (cinematica, dinamica del punto materiale e sistemi di particelle), fluidodinamica, onde, termodinamica. Conoscenze di base di Elettromagnetismo. Calcolo integrale e differenziale. E' anche necessaria una sufficiente conoscenza della lingua inglese per la comprensione dei testi in inglese.lingua inglese per la comprensione dei testi in inglese.
Contenuti del corso
- PARTE I (8 lezioni - 16 ore)
Requisiti sperimentali e grandezze fondamentali. Astronomia ad occhio nudo. Potere risolutivo dell'occhio umano, banda spettrale, limite visuale. Requisiti per una osservazione astrofisica: sensibilità, risoluzione spettrale, campo di vista, larghezza di banda, polarizzazione. Risoluzione angolare. La point spread function (PSF). Cenni di interferometria. Misure di distanza in astrofisica. L'Unità Astronomica. Metodi diretti: parallasse trigonometrica e secolare, parallasse di ammasso. Indicatori di distanza e metodi indiretti: Cefeidi e RR Lyrae, supernovae di tipo Ia. Misure di temperatura, massa, raggio e velocità stellari. Tecniche di rivelazione, caratteristiche di un telescopio spaziale (Area efficace, risoluzione angolare, banda passante). Telescopi a vista diretta e focalizzanti. Principali caratteristiche di un rivelatore di radiazione E.M. (Efficienza, risoluzione spettrale, risoluzione temporale, risoluzione spaziale, polarizzazione). Tecniche di rivelazione in astronomia a raggi X (ottiche per raggi X).
PARTE II (6 lezioni - 12 ore)
Richiamo sulle Leggi di Keplero. Equazione di Keplero . Misura delle masse dalle orbite. Velocità di fuga. Stelle binarie. Maree e lobi di Roche. Binarie visuali, astrometriche, spettroscopiche, fotometriche. Sistemi binari con stelle di neutroni e buchi neri. Evoluzione dei sistemi binari. Binarie X. Limite di Eddington. Onde gravitazionali (GW). Misura di GW tramite interferometri LIGO/VIRGO.
Lampi di Raggi Gamma (GRB). Prospettive future dell’astrofisica gravitazionale e dell’astrofisica
Multimessaggera. Pianeti extrasolari: metodi di ricerca e rivelazione. Metodi diretti. Metodi indiretti: velocità radiali, astrometria, transito, microlensing. Caratteristiche degli esopianeti. Composizione atmosferica, temperatura. Abitabilità.
PARTE III (4 lezioni - 8 ore)
Rivelatori in Astrofisica delle alte energie. Rivelatori a scintillazione, a gas, a stato solido. Imaging in astronomia delle alte energie, collimatori meccanici, maschere codificate. Ottiche in astronomia X/Gamma: Riflessione totale, Diffrazione di Bragg e di Laue.
PARTE IV (12 lezioni - 24 ore)
Esperienze di laboratorio LARIX – calibrazione di un rivelatore a stato solido, studio delle righe di diffrazione di materiali cristallini per ottiche X/Gamma. Spettroscopia. Fondamenti di analisi dati da satellite per astronomia X/Gamma. Basi del software usato per la modellizzazione degli spettri in astrofisica delle alte energie (XSPEC). Principali modelli fisico/matematici adottabili. Esempi di fit spettrale di sorgenti di interesse astrofisico. VISITA all’Interferometro per onde gravitazionali VIRGO - Cascina (PI). Esperienza di osservazione presso il telescopio ottico di Loiano (Bo). Visite all'Istituto Nazionale di Astrofisica INAF - OAS (Bologna) per attività sperimentale e per seminari dedicati a missioni spaziali per le alte energie (THESEUS, HERMES). Metodi didattici
- Le lezioni sono svolte in parte con slides proiettate in aula, in parte alla lavagna per lo svolgimento di esercizi, calcoli o di dimostrazioni. E' prevista una visita all'interferometro per la rivelazione di onde gravitazionali VIRGO di Cascina (Pi) ad aprile.
Modalità di verifica dell'apprendimento
- Durante il corso di Astrofisica Sperimentale è incoraggiata l'interazione critica con il docente. L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare la conoscenza degli argomenti svolti a lezione. L'esame finale è solo orale della durata di circa 30 minuti e consiste in 3-4 domande su argomenti svolti durante il corso. Lo studente può anche optare per la presentazione di un elaborato di approfondimento a propria scelta (o concordato con il docente) che può essere presentato oralmente o in forma di presentazione/slides (durata 10-15 minuti). L'elaborato, se presente, è alternativo a una delle domande. In alternativa ad una domanda può essere richiesta la soluzione di un esercizio relativo agli argomenti affrontati durante il corso. Il voto finale è in trentesimi e si considera superato se viene raggiunto il voto minimo di 18/30.
Testi di riferimento
- Il docente fornisce materiale didattico a supporto delle lezioni frontali (dispense ed appunti).
Bibliografia:
1. "Astronomy: Principle and Practice", E. Roy and D. Clarke, Institute of Physics Publishing Bristol and Philadelphia. 4th edition.
2. R.W. Hilditch, "An Introduction to Close Binary Stars", Cambridge
3. H. Karttunen et al., "Fundamental Astronomy", Springer
4. "Exoplanet Handbook" by Michael Perryman, Cambridge.
