MISURE ASTROFISICHE
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2016/2017
- Docente
- CRISTIANO GUIDORZI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Secondo Semestre
- SSD
- FIS/05
Obiettivi formativi
- Ci si prefigge come scopo quello di fornire un'ampia rassegna di come in astrofisica si giunga a stimare e misurare grandezze fisiche, quali ad es. le masse stellari, le varie scale di distanza nel cosmo, temperatura del gas in vari contesti astrofisici, i meccanismi di produzione di energia piu' importanti nell'Universo, attraverso conoscenze di fisica di base, che spaziano dalla fisica generale, all'elettromagnetismo, alla relativita' speciale, con qualche concetto elementare di meccanica quantistica. Lo scopo ultimo e' quello di fornire allo studente gli elementi di base che gli consentano ulteriori eventuali approfondimenti in uno qualunque dei campi piu' caldi dell'astrofisica e della cosmologia del XXI secolo.
Prerequisiti
- Fisica generale (cinematica, dinamica del punto materiale e sistemi di particelle), fluidodinamica, onde, termodinamica. Elettromagnetismo. Calcolo integro-differenziale. Relativita' speciale.
Elementi di meccanica quantistica. Contenuti del corso
- Rifrazione atmosferica. Precessione. Nutazione. Parallasse. Parallasse geocentrica. Parallassi stellari. Definizione di parsec. Methodo di Gregory per stimare la distanza dalla stella Sirio. Misura della velocita' della luce. Aberrazione diurna e annuale della luce. Aberrazione relativistica. Classificazione dei sistemi binari. Equazioni del moto e soluzioni di un sistema binario. Coniche e leggi di Keplero. Parametri orbitali. Problema ristretto dei 3 corpi e cenni al caos deterministico. Punti lagrangiani. Equazione di Keplero. Metodi approssimati per risolvere l'equazione di Keplero. Orbite relative e orbite baricentriche. Velocita' di fuga. Teorema del viriale. Binarie visuali. Binarie spettroscopiche. Funzione di massa. Binarie a eclisse. Rassegna delle proprieta' degli esopianeti e delle tecniche di scoperta. Modello di Roche. Regoli cosmici: le cefeidi. Elementi di evoluzione stellare. Supernove di tipo Ia: relazione di Phillips ed espansione accelerata dell'Universo. Relazione di Tully-Fisher. La scala delle distanze cosmiche. Binarie in raggi X e funzione di massa. Accrescimento di massa. Limite di Eddington. Cenni sui buchi neri supermassicci e nuclei galattici attivi (AGN). Polarizzazione della luce e rilevanza in astrofisica. Elettrodinamica classica: teorema di Poynting. Potenziali di Lienard-Wiechert. Formula di Larmor. Approssimazione di dipolo. Diffusione (scattering) Thomson. Bremsstrahlung. Bremsstrahlung termica. Bremsstrahlung: esempi astrofisici. Radiazione di sincrotrone. Radiazione di sincrotrone e la distribuzione a legge di potenza. Diffusione (scattering) Compton. Compton inverso ed esempi astrofisici. Confronto tra la potenza del Compton inverso e quella del sincrotrone. Propagazione di onde elettromagnetiche attraverso plasmi astrofisici in assenza e in presenza di campi magnetici. Misura di dispersione. Rotazione di Faraday. Un fenomeno astrofisico nuovo e misterioso: i cosiddetti fast radio bursts (FRB), ovvero lampi radio veloci.
Metodi didattici
- Le lezioni frontali vengono svolte attraverso slides che il docente mette a disposizione su web subito dopo averle discusse a lezione. Durante le lezioni il docente ricava alla lavagna le varie grandezze in gioco e come si stimano in riferimento a esempi di problemi specifici legati a quanto visto nella teoria, a titolo di esempio di quelle che sono le tipiche domande che vengono poste in sede di esame. Gli studenti sono continuamente stimolati a contribuire con domande e risposte.
In questo senso non soltanto lo studente acquisisce familiarita' con le modalita' di svolgimento e con i criteri di valutazione della prova orale, ma assiste durante tutto il corso a simulazioni verosimili di esame. Modalità di verifica dell'apprendimento
- Durante le lezioni il docente occasionalmente assegna dei problemi di cui fornisce la soluzione numerica ma non il procedimento per sollecitare gli studenti a un lavoro di verifica della comprensione degli argomenti affrontati a lezione. Il docente e' poi disponibile a fornire una soluzione dettagliata a richiesta.
L'esame finale consiste in un'unica prova orale della durata tipica di 45-60 minuti e che vede assieme a qualche domanda di teoria di carattere generale anche la richiesta di risolvere alcuni semplici problemi, che verificano la capacita' di applicare le conoscenze acquisite a problemi concreti. A tal fine, lo studente dovra' dimostrare di conoscere i valori di determinate costanti universali di cui si dovra' servire per poter stimare le grandezze astrofisiche richieste. Testi di riferimento
- Il docente mette a disposizione le proprie dispense e le proprie slides (in inglese).
La bibliografia seguente consente di approfondire ogni argomento discusso.
1) H. Karttunen et al., "Fundamental Astronomy", Springer
2) H. Bradt, "Astrophysics Processes", Cambridge
3) G.B. Rybicki, A.P. Lightman, "Radiative Processes in Astrophysics", Wiley
4) M. Longair, "The Cosmic Century", Cambridge
5) R. de Grijs, "An Introduction to Distance Measurement in Astronomy", Wiley
6) M. Perryman, "The Exoplanet Handbook", Cambridge.
7) M. Vietri, "Astrofisica delle Alte Energie", Bollati Boringhieri.
8) G. Ghisellini, "Radiative Processes in High Energy Astrophysics", Springer
9) J. Frank, A. King, D. Raine, "Accretion Power in Astrophysics", Cambridge
10) R.W. Hilditch, "An Introduction to Close Binary Stars", Cambridge
11) H.G. Lewin, M. van der Klis, "Compact Stellar X-ray Sources", Cambridge
12) J.E. Truemper, G. Hasinger, "The Universe in X-Rays", Springer
13) C. Grupen, "Astroparticle Physics", Springer
14) Burke, B.F., Graham-Smith, F.: An Introduction to Radio Astronomy. Third Edition. Cambridge University Press (2010).
15) Marr, J.M., Snell, R.L., Kurtz, S.E.: Fundamentals of Radio Astronomy. Observational Methods. CRC Press, Taylor & Francis Group (2015).
