Programmi dei corsi di Astrofisica e Fisica Spaziale

PROGRAMMI DEI CORSI DI ASTROFISICA E FISICA SPAZIALE

Astrofisica

Prof. G.C. Perola

Stelle. Misure astrometriche, fotometriche, spettroscopiche. Determinazione di distanza, luminosità, temperatura e composizione chimica dell'atmosfera, massa, raggio. Effetti di composizione sul colore. Arrossamento interstellare. L'interno delle stelle: equazioni di stato, opacità reazioni termonucleari. Modelli stellari: sistema di equazioni che governano struttura ed evoluzione stellare. Trasporto radiativo e convettivo dell'energia. Stabilità e tempi scala. Limite di Hayashi ed evoluzione pre-sequenza principale. Modelli stellari in sequenza principale. Il problema dei neutrini solari. Modelli stellari dopo la sequenza principale. Confronto fra modelli evolutivi e diagrammi HR di ammassi stellari, stima della loro età. Pulsazioni: il caso delle Cefeidi e delle RR Lyrae. Perdita di massa e fasi finali dell'evoluzione stellare: nane bianche, stelle di neutroni, buchi neri. La nostra galassia. Popolazioni stellari e loro distribuzione spaziale. Distanza Ro del Sole dal centro galattico. Funzione di luminosità e rapporto M/L della materia in stelle nei pressi del Sole. Il mezzo interstellare, nubi molecolari, polvere, campi magnetici, raggi cosmici. Le braccia spirali come siti di formazione stellare. Proprietà cinematiche delle stelle in funzione dell'età, correlazione con distribuzione spaziale e abbondanza dei metalli. Rotazione galattica vicino al Sole e costanti di Oort. La riga a 21 cm dell'HI e la curva di rotazione della Galassia, sua estensione a R>Ro. Dinamica stellare: elementi di teoria del potenziale e delle orbite stellari. Equazione di Boltzmann non collisionale. Deriva asimmetrica. Forza normale al piano galattico ed il rapporto M/L dinamico a R=Ro. Collisioni fra stelle e di stelle con nubi molecolari, frizione dinamica per oggetti massicci. Stime della distribuzione della massa: con la curva di rotazione, con ammassi globulari, con galassie nane satelliti; evidenza di alone di materia oscura. Effetti di lente gravitazionale da parte di oggetti compatti nell'alone. Le galassie. Proprietà principali delle galassie di diverso tipo morfologico. Le galassie ellittiche come sistemi triassiali. Curve di rotazione di galassie a spirale. Dispersione di velocità nelle galassie ellittiche. Stima della distribuzione di massa: rapporto M/L locale e globale, evidenza di alone di materia oscura; stima della massa di galassie ellittiche dalla emissione X del gas interstellare. Gruppi ed ammassi di galassie: stima di M/L con il teorema del viriale; stima della distribuzione di massa e di M/L dalla emissione di raggi X. Il problema della materia oscura in galassie singole ed in sistemi di galassie, sue implicazioni di natura cosmologica.

Astrofisica delle Alte Energie

Prof. G. Matt

Dominio dell'astrofisica della alte energie: dai raggi cosmici alle sorgenti celesti con fenomeni di emissione associati a particelle relativistiche e plasmi di altissima temperatura. I pricipali processi radiativi: radiazione di ciclotrone e di sincrotrone, radiazione di bremmstrahlung, effetto Compton inverso, comptonizzazione in plasmi otticamente spessi, interazione fotone-fotone, produzione e annichilazione di coppie elettrone-positrone, raggi gamma da interazione tra raggi cosmici e gas. Radiazione di sincrotrone dal mezzo interstellare, da resti di supernova, da radiogalassie. Accelerazione di particelle cariche, bilancio guadagno-perdite nella distribuzione in energia di elettroni relativistici e relativi spettri di emissione. Il caso delle pulsar radio. Il caso dei getti relativistici e dei moti superluminali in radiogalassie e quasars. Raggi gamma dal mezzo interstellare prodotti da raggi cosmici. Conversione di energia gravitazionale in energia elettromagnetica in processi di accrescimento di materia su oggetti collassati: aspetti dinamici (energetica) e radiativi (spettri emergenti). Applicazione alle sorgenti galattiche compatte di raggi X (nane bianche, stelle di neutroni, buchi neri in sistemi binari stretti). Applicazione ai nuclei galattici attivi, come fenomeno governato da accrescimento di materia su buchi neri di massa galattica.

Astrofisica Teorica

Prof. M. Vietri

Richiami sui modelli di Friedmann.

Richiami sulla massa oscura in Astronomia.

L'universo delle particelle. I paradossi del Big Bang: l'uniformita' del fondo diradiazione cosmica, la piattezza dell'Universo, la densita' di monopoli magnetici. Cenni sulle transizioni di fase.

L'universo inflazionario, e la soluzione dei paradossi di cui sopra. La transizione quark-adroni e l'era adronica. L'era leptonica.I neutrini cosmologici. Cenni di nucleosintesi

L'era radiativa. Il periodo del plasma e la ricombinazione dell'idrogeno.

L'era della materia. La formazione della struttura nell'Universo. La massa di Jeans in universo statico. Le instabilita' di Jeans nei modelli di Friedmann: teoria newtoniana, soluzioni per l'Universo di Einstein - de Sitter, e di radiazione.

Origine della struttura in modelli d'universo dominati dalla massa barionica. Perturbazioni adiabatiche ed isoterme. L'accoppiamento materia-radiazione, e i processi dissipativi delle piccole perturbazioni. Il modello a due fluidi. L'approccio cinetico.

Origine della struttura in modelli d'universo dominati dalla materia non barionica. L'equazione di Boltzmann. La massa di Jeans ed il free-streaming.

Cenni sull'evoluzione delle perturbazioni nel regime non-lineare. Approssimazione di Zel'dovich.

Lo spettro delle pertrubazioni. Lo spettro dovuto al modello inflazionario, e il rientro nell'orizzonte cosmologico. La funzione di trasferimento.

Complementi: l'origine del momento angolare delle galassie. Le lenti gravitazionali: immagini multiple, archi, stime di massa per gli ammassi di galassie.

L'universo delle altissime energie: fotoni sopra 1 TeV, e raggi cosmici di altissime energie. Limiti alla loro propagazione. Cenni sull'origine del campo magnetico.

Cosmologia

Prof. G. Dall'Oglio

Parte prima: Introduzione storica. Metodi direti per la valutazione delle distanze astronomiche. La struttura della Galassia. Metodi per la valutazione delle distanze extragalattiche. La struttura dell'universo.

Parte seconda: Legge di Hubble; principio cosmologico. Metrica di FRW; classificazione dinamica dei modelli cosmologici. Confronto con le osservazioni; verifiche sperimentalisui modelli cosmologici. Il modello standard del Big Bang.

Parte terza: La radiazione cosmologica di fondo in un universo in espansione. Le anisotropie della radiazione di fondo; effetto Sunyaev-Zeldovich. Metodi sperimentali per l'osservazione delle anisotropie. Materia oscura ed inflazione.

Fisica Spaziale

Prof. M. Parisi

L'ambiente terrestre e lo spazio interplanetario. Osservazioni a distanza e in "loco" della radiazione cosmica e.m. e particellare con strumentazione a bordo di veicoli spaziali. Richiami di meccanica dei fluidi. Magnetoidrodinamica, equazioni fondamentali. Diffusione magnetica e congelamento delle linee di forza in un fluido perfettamente conduttore. Onde magnetoidrodinamiche. Onde d'urto. Moto di particelle cariche in campi elettrici e magnetici. Invarianti adiabatici. Introduzione alla fisica del plasma. Lunghezza di Debye, frequenza di plasma. Onde elettrostatiche ed elettromagnetiche. Cenni sulle instabilità in un plasma. Introduzione alla fisica solare. Generalità sulla struttura del Sole: nucleo, regione radiativa, regione convettiva, fotosfera, cromosfera, corona. Magnetismo ed attività solare: modelli del ciclo solare. Modelli di espansione della corona solare. Vento solare e campo magnetico interplanetario: strumenti e metodi per la misura dei parametri di plasma. Campo magnetico terrestre, ionosfera, fasce di radiazione di Van Allen. Struttura generale della magnetosfera terrestre. Interazione del plasma interplanetario con corpi planetari e con il mezzo interstellare. Raggi cosmici richiami sulla loro natura, origine ed interazione con la materia; la componente primaria e lo sviluppo delle componenti secondarie nell'atmosfera terrestre. Effetti geomagnetici. Propagazione dei raggi cosmici galattici e solari nell'eliosfera, processi di accelerazione, effetti della modulazione solare: osservazioni e teorie.

Richiami sulla massa oscura in Astronomia.

L'universo delle particelle. I paradossi del Big Bang: l'uniformita' del fondo diradiazione cosmica, la piattezza dell'Universo, la densita' di monopoli magnetici. Cenni sulle transizioni di fase.

L'universo inflazionario, e la soluzione dei paradossi di cui sopra. La transizione quark-adroni e l'era adronica. L'era leptonica.I neutrini cosmologici. Cenni di nucleosintesi

L'era radiativa. Il periodo del plasma e la ricombinazione dell'idrogeno.

L'era della materia. La formazione della struttura nell'Universo. La massa di Jeans in universo statico. Le instabilita' di Jeans nei modelli di Friedmann: teoria newtoniana, soluzioni per l'Universo di Einstein - de Sitter, e di radiazione.

Origine della struttura in modelli d'universo dominati dalla massa barionica. Perturbazioni adiabatiche ed isoterme. L'accoppiamento materia-radiazione, e i processi dissipativi delle piccole perturbazioni. Il modello a due fluidi. L'approccio cinetico.

**Origine della struttura in modelli d'universo dominati dalla materia non barionica. L'equazione di Boltzmann. La massa di Jeans ed il free-streaming.**

Cenni sull'evoluzione delle perturbazioni nel regime non-lineare. Approssimazione di Zel'dovich.

Lo spettro delle pertrubazioni. Lo spettro dovuto al modello inflazionario, e il rientro nell'orizzonte cosmologico. La funzione di trasferimento.

Complementi: l'origine del momento angolare delle galassie. Le lenti gravitazionali: immagini multiple, archi, stime di massa per gli ammassi di galassie.

L'universo delle altissime energie: fotoni sopra 1 TeV, e raggi cosmici di altissime energie. Limiti alla loro propagazione. Cenni sull'origine del campo magnetico.

Parte prima: Introduzione storica. Metodi direti per la valutazione delle distanze astronomiche. La struttura della Galassia. Metodi per la valutazione delle distanze extragalattiche. La struttura dell'universo.

Parte seconda: Legge di Hubble; principio cosmologico. Metrica di FRW; classificazione dinamica dei modelli cosmologici. Confronto con le osservazioni; verifiche sperimentalisui modelli cosmologici. Il modello standard del Big Bang.

Parte terza: La radiazione cosmologica di fondo in un universo in espansione. Le anisotropie della radiazione di fondo; effetto Sunyaev-Zeldovich. Metodi sperimentali per l'osservazione delle anisotropie. Materia oscura ed inflazione.