MISURE ASTROFISICHE
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2017/2018
- Docente
- ENRICO VIRGILLI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- FIS/05
Obiettivi formativi
- Il corso di Misure Astrofisiche ha la finalità di introdurre lo studente alle problematiche relative alle misure di grandezze astrofisiche. 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 ed 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 sezione 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'adattare criticamente modelli fisici esistenti ai dati sperimentali. 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.
Contenuti del corso
- PARTE I (6 lezioni - 12 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'Unita 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 velocita stellari.
PARTE II (7 lezioni - 14 ore)
Sistemi binari – esopianeti
Richiamo sulle Leggi di Keplero. Equazione di Keplero . Misura delle masse dalle orbite. Velocita' 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. Descrizione degli apparati sperimentali. Prospettive future dell’astrofisica gravitazionale. VISITA all’Interferometro VIRGO - Cascina (PI)
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 (6 lezioni - 12 ore)
Tecniche di rivelazione, Telescopi
Caratteristiche di un telescopio spaziale (Area efficace, risoluzione angolare). 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 X e Gamma.
Rivelatori a scintillazione, a gas, a stato solido.
Ottiche in astronomia X/Gamma: Riflessione totale, Diffrazione di Bragg e di Laue. Maschere codificate.
Ottiche adattive nell’astronomia delle alte energie.
PARTE IV (5 lezioni - 10 ore)
Attivita di laboratorio
Esperienze 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 pr astronomia X/Gamma. Basi del principale software usato (XSPEC). Principali modelli fisico/matematici adottabili. Esempi di fit spettrale di sorgenti di interesse astrofisico. 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 Misure Astrofisiche 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 e' 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 ad 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 e' in trentesimi e si considera superato se viene raggiunto il voto 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.
