Universitą di Roma Tor Vergata.
Laurea magistrale in Fisica. Programmi dei
corsi dell'indirizzo di Astrofisica. Tutti i
corsi sono
da 6 crediti e nel SSD FIS/05 se non diversamente indicato.
I anno I semestre
Processi Radiativi in Astrofisica (prof.
Mazzotta - per il 2011/12 prof. Balbi)
Fondamenti del trasporto radiativo. Lo spettro elettromagnetico.
Flusso. Intensita' specifica e momento. Trasporto radiativo. Radiazione
termica. I coefficienti di Einstein. Effetti di scattering. Diffusione
Radiativa. Teoria di base del campi di radiazione. Equazioni di
Maxwell. Onde
elettromagnetiche piane. Lo spettro di radiazione. Polarizzazione e
parametri di Stokes. Potenziale Elettromagnetico. Radiazione da cariche
in moto. Potenziali ritardati di cariche singole
in moto: i potenziali di Lienard-Wiechart. Radiazione da sistemi di
particelle non relativistici. Scattering Thomson. Radiazione di
Reazione. Covarianza relativistica e cinematica. Trasformazioni di
Lorentz.
Quadrivettori. Analisi tensoriale. Covarianza dei fenomeni
elettromagnetici. Campi di cariche in moto uniforme. Meccanica
relativistica e la quadri-forza di Lorentz. Emissione da particelle
relativistiche. Bremsstrahlung. Emissione da elettrone singolo.
Emissione di
Bremsstrahlung termica. Assorbimento di Bremsstrahlung termico.
Bremsstrahlung relativistica. Radiazione di sincrotrone. Potenza totale
emessa. Spettro della
radiazione di sincrotrone. Indice spettrale per una distribuzione di
elettroni a legge di potenza. Polarizzazione della radiazione di
sincrotrone. Scattering Compton. Sezione d'urto e trasferimento di
energia. Potenza
da Compton inverso per scattering singolo. Potenza da Compton inverso
per scattering multipli. Trasferimento di energia per scattering
multiplo in plasma termico: il parametro di comptonizzazione y.
Scattering multiplo da elettroni non relativistici: L'equazione di
Kompaneets. Effetto Sunyaev-Zeldovich.
Laboratorio di Astrofisica
(Prof. Berrilli)
Cenni di ottica applicata: sistemi reali, calcolo del doppietto
acromatico, sistemi di lenti. I telescopi e gli strumenti di piano
focale: i principali schemi ottici, coronografi, montature, derotatori,
spettrometri per immagini. Cenni di ottiche X e Gamma e di
radioastronomia. Fotometria: filtri, sistemi fotometrici, indice di
colore, modulo di distanza, distanze, correzione per colore. I
rivelatori: calibrazione delle lastre fotografiche, CCD, CMOS, Ibridi.
Sistemi criogenici per IR. Elettroniche di controllo e campionamento.
Tecniche di calibrazione (PHT). Esperienze di laboratorio:
sensori: calibrazione di un CCD (linearitą e tecnica del Photon
Transfer).
I anno II semestre
Fisica Solare
Sperimentale (Dr. Del
Moro)
Teoria di formazione di immagini: ottica di Fourier, diffrazione e
PSF. Atmosfera: degradazione dell'immagine, limite di corta e
lunga esposizione, Parametro di Fried. Ottica adattiva solare e
notturna: misura e ricostruzione del fronte d'onda, specchi
deformabili. Ricostruzione di immagini post-acquisizione con
particolare rigerimento agli oggetti estesi: Wiener Filter, Blind
Deconvolution, Phase Diversity. Fondamenti di
elaborazione immagini: operatori puntuali, filtri, trasformate,
operatori e descrittori morfologici. Strumentazione di piano
focale per applicazioni di astrofisica solare. Esperienze di
laboratorio:Introduzione IDL; atmosfera dinamica: simulazione numerica
di un'atmosfera turbolenta; Elaborazione di dataset solari.
Astrofisica Stellare
(Prof. Bono)
La Galassia. Formazione e struttura. Popolazioni stellari. Sistemi
stellari. Osservabili stellari. Diagramma HR. Tracce evolutive.
Strutture Stellari. Equazioni di conservazione. Condizioni di
equilibrio. Trasporto di calore per convezione, conduzione e
radiazione. Inviluppi e atmosfere stellari. Perdita di massa.
Termodinamica degli Interni Stellari. Equazioni di stato. Opacita`.
Reazioni nucleari. Metodi numerici per il calcolo di modelli evolutivi
(Henyey, fitting).
Fasi di Bruciamento di Idrogeno. Presequenza e traccia di Hayashi.
Sequenza principale e combustione centrale. Limite di
Schoenberg-Chandrasekhar e gap di Hertzsprung. Ramo delle giganti e
bruciamenti in shell. Primo dredge-up nelle stelle di piccola massa.
Flash dell'elio e tip del ramo delle giganti rosse.
Fasi di Bruciamento di Elio. Combustione centrale di elio in stelle di
massa piccola ed intermedia. Trascinamento del nucleo convettivo e
semiconvezione. Morfologia ramo orizzontale. Esaurimento dell'elio,
bruciamenti in doppia shell. Pulsi termici e ramo asintotico. Nane
bianche e limite di Chandrasekhar. Variabilita` Stellare. Le strisce di
instabilita` nel diagramma HR. Meccanismi fisici dell'instabilita'
pulsazionale. Stima delle distanze
utilizando RR Lyrae e Cefeidi. Confronto tra osservabili pulsazionali
ed evolutivi. Stelle variabili come traccianti di popolazioni stellari.
Osservabili Stellari di Interesse Cosmologico. Indicatori di
metallicita`. Abbondanza di elio promordiale. Eta' assolute ed eta'
relative dei sistemi stellari Galattici. Popolazioni stellari nelle
galassie sferoidali nane del Gruppo Locale. Nucleosintesi. Evoluzione
nucleare. Processi "s", "r", e "p". Fenomeni
esplosivi: Variabili cataclismiche, Novae, Supernovae. Gradienti di
metallicita` nella Galassia. Gradienti nell'abbondanza degli elementi
alpha nella Galassia.
Riferimenti: (1) Fondamenti di Astrofisica Stellare, V. Castellani,
disponibile on-line.
(2) Evolution of Stars and Stellar Populations, M. Salaris, S. Cassisi,
J. Wiley. (3) Stellar Interiors, C.H. Hansen, S.D. Kawaler, V. Trimble,
Springer
Verlag. (4) Stellar Structure and Evolution, R. Kippenhahn, A. Weigert,
Springer
Verlag.
Astrofisica Extragalattica 1
(prof. Vagnetti - per il 2011/12 dr. Antonelli)
Struttura della Galassia. Gruppo Locale, scala delle distanze. Galassie
a disco, ed ellittiche. Nuclei Galattici Attivi, paradigma del black
hole, disco di accrescimento. Emissione continua e variabilitą. Broad
Line Region e Narrow Line Region, proprietą delle nubi, correlazioni
righe-continuo, effetto Baldwin. Richiami di cosmologia, distanza di
luminositą. Surveys, effetto Eddington, correzione-K. Criteri di
selezione. logN-logS e test V/Vmax. Funzione di luminositą e sua
evoluzione. Cosmic Downsizing. Galassie di alto redshift, evoluzione
passiva ed attiva. Bimodalitą di colore, blue cloud, red
sequence. (maggiori dettagli nella pagina
personale).
Relativitą e Cosmologia 1 (Prof. Vittorio)
Fondamenti di Relativita` generale e fisica della gravitazione.
Soluzione di Schwarzschild. Collasso gravitazionale. Black Holes. Onde
gravitazionali. Geometria, cinematica e dinamica cosmica, modelli di
FRW. Corpo nero ed
equilibrio termodinamico. Fondo di radiazione cosmica. Nucleosintesi
primordiale.
II anno I semestre
Relativitą
e Cosmologia 2 (Prof. Vittorio)
L'equazione dell'instabilitą nel limite newtoniano. La lunghezza
d'onda di Jeans. Fenomeni di diffusione e di free-streaming. La
funzione
di correlazione e lo spettro di potenza delle fluttuazioni di
densitą.
Statistica gaussiana e condizioni iniziali. Evoluzione dello spettro di
potenza
in modelli d'universo. La funzione di correlazione delle galassia.
Anisotropia
di dipolo del fondo cosmico e il "grande attrattore". Le anisotropie
angolari
del fondo cosmico in intensitą e polarizzazione. L'effetto
Sachs-Wolfe.
Risultati da satelliti (COBE e WMAP) e palloni (BOOMERANG, MAXIMA,
B2K).
Redshift Surveys.
Fisica della Gravitazione (prof. Coccia)
Fondamenti sperimentali della fisica della gravitazione. La Forza di
Newton. Il Principio di Equivalenza della Gravitazione e
dell’Inerzia. Isotropia e omogeneitą dello spazio e del
tempo. Redshift gravitazionale. Il Principio di Equivalenza in
Relativitą Generale. Invarianza di Lorentz: la misura di g-2.
Implicazioni teoriche e verifiche sperimentali della costanza nel tempo
di G. Verifiche classiche della Relativitą Generale. Teorie della
gravitazione: previsioni e verifiche sperimentali. Formalismo PPN.
Valori dei parametri principali in Relativitą Generale. Teorie metriche
e non metriche della gravitazione. La Teoria di Brans-Dicke. Parametri
misurabili negli esperimenti spaziali e a terra. Deviazione della luce.
Ritardo dell'eco radar. Interferometria su grande base. Esperimento di
Lunar Ranging. L’effetto gravito-magnetico e le basi
sperimentali per la sua rivelazione. Le onde gravitazionali. Principali
metodi di rivelazione. Le frontiere della gravitazione. Fasi finali
dell’evoluzione stellare. Il collasso gravitazionale e i suoi
messaggeri. Emissione e rivelazione di neutrini da Supernovae e da
eventi astrofisici violenti. Previsioni e verifiche sperimentali sulla
natura dei buchi neri. La rivelazione del fondo stocastico di onde
gravitazionali e le possibili informazioni sull’universo primigenio. La
gravitą a grandi distanze: interesse teorico e verifiche sperimentali.
La gravità a piccole distanze: interesse teorico e verifiche
sperimentali.
Corsi a scelta
Fisica Spaziale (Dr. Tavani)
Missioni spaziali: satelliti e strumentazione
scientifica, lanciatori, orbite, background, trasmissione dati,
segmento di terra. Esempi di osservazioni e analisi dati di
strumentazione per l’astrofisica gamma.
Magnetosfera terrestre e sua interazione con
l’ambiente cosmico. Fasce di radiazione. Accelerazione di particelle
nella magnetosfera.
Studio dei processi di accelerazione di particelle in sorgenti
astrofisiche. Riconnessione magnetica e flares solari. Shock
magneto-idrodinamici. Accelerazione diffusiva di Fermi del primo e
secondo ordine. Modelli di accelerazione non diffusiva, scattering
risonante di onde e particelle. Accelerazione in pulsar e venti relativistici. Dischi di
accrescimento e modelli di accelerazione. Getti relativistici.
Sorgenti astrofisiche di alta energia e analisi dei
processi fondamentali che ne determinano l’emissione X, gamma, TeV alla
luce dei dati pił recenti. SNRs (modelli leptonici e adronici), pulsar wind
nebulae e pulsar binarie, microquasars, sorgenti
galattiche gamma/TeV non-identificate. Dischi e getti relativistici di
Nuclei Galattici Attivi: FSRQ e BLLac e loro variabilitą.
Livello: si suppone la conoscenza di
elettromagnetismo, relativitą speciale, elementi di
relativitą
generale, elementi di fisica nucleare e di fisica delle
particelle.
Fisica Solare Teorica (Prof. Berrilli)
La struttura interna del sole quieto, reazioni nucleari ed il problema
dei neutrini. Eliosismologia, tachocline e dinamo solare. La convezione
turbolenta nel Sole: nuovo paradigma. La superficie solare: Sole quieto
ed attivo. Lo spettro solare: formazione delle righe spettrali.
Dinamica fotosferica e cromosferica. Dalla cromosfera alla corona
solare: il problema del riscaldamento coronale. Flare ed Emissioni di
Massa Coronale (CME). L’irradianza solare, la sua variabilitą
spettrale e temporale ed il clima terrestre. Telescopi per la Fisica
Solare.
Planetologia (Dr.ssa Dotto)
L'origine del Sistema Solare. Classificazione dei pianeti: proprieta`
generali, lune, sistemi di anelli. La struttura dinamica del Sistema
Solare. Interni planetari. Superfici, atmosfere e magnetosfere
planetarie. Riscaldamento solare ed energia di trasporto. I corpi
minori: oggetti trans-nettuniani, comete, asteroidi, meteore e sciami
meteorici. Missioni spaziali planetarie. Sistemi planetari e pianeti
extra-solari.
Astrofisica Extragalattica 2 (Prof. Mazzotta)
Struttura su grande scala dell’universo. Formazione e dinamica della
ragnatela cosmica, degli ammassi e dei gruppi di galassie. Modelli
semplici di collasso per la materia oscura. Fisica del gas
intergalattico e intracluster. Meccanismi di riscaldamento e
raffreddamento. Arricchimento chimico del gas intergalattico e
intracluster. Osservazione degli ammassi di galassie nelle bande a
raggi X e delle microonde, Lya e Xray-forest. Stima della massa degli
ammassi di galassie: metodi dinamici, osservazioni nelle bande a raggi
X e delle microonde, lenti gravitazionali. Cosmologia con gli ammassi
di galassie: funzione di massa, leggi di scala.
Meccanica Celeste (Dr. Pucacco)
Richiami di Meccanica Hamiltoniana. Integrabilita', integrali primi,
simmetrie. Non integrabilita', instabilita', caos. Metodi analitici e
numerici per lo studio di sistemi dinamici Hamiltoniani. Problema dei
due corpi. Problema dei tre corpi. Problema degli N corpi. Moto in
potenziali assegnati.
Astrofisica delle Alte Energie (Dr. Israel)
Il corso si prefigge di fornire gli strumenti teorici ed osservativi per
lo studio degli oggetti compatti nella banda delle alte energie.
Introduzione: storia dell'astronomia X e Gamma; contatori
proporzionali, strumenti collimati, strumenti ad immagine,
risoluzione angolare, energetica e temporale. Cenni di statistica dei
segnali e di analisi temporale e spettrale nelle alte energie.
Fondamenti: meccanismi di emissione e assorbimento; fisica della
materia degenere e stelle degeneri (nane bianche e stelle di neutroni);
cenni sulla fisica dei buchi neri; teoria dell'accrescimento,
meccanismi di trasferimento di massa. Sorgenti stellari compatte di
radiazione X e Gamma: pulsar radio, binarie a raggi X di piccola e
grande massa, oggetti compatti isolati, magnetars, variabili
cataclismiche. Cenni su emissione di alta energia da stelle non
degeneri, resti di supernovae, AGN e galassie del gruppo
locale. Lampi di raggi gamma. Esercitazione pratica di analisi dati nella banda
X.
Onde Gravitazionali (Prof.ssa Fafone)
Richiami di Relativita` generale e di teorie metriche della
gravitazione: quantitą osservabili. Sorgenti astrofisiche di
onde gravitazionali, forme d'onda previste ed informazioni ottenibili
sperimentalmente. Fondo stocastico. Rivelatori terrestri e spaziali. Tecniche sperimentali
utilizzate nei rivelatori risonanti e nei rivelatori interferometrici.
Archivi Astronomici (Dr. Perri)
Gli
archivi astronomici (introduzione): cenni storici sulla creazione dei
primi archivi astronomici, dati multibanda. Archiviazione dei dati
astronomici: standard internazionali per i dati (formato FITS) e
struttura a livelli degli archivi. Contenuto degli archivi: immagini,
spettri energetici, curve di luce. Gestione ed archiviazione di dati
astronomici: struttura dei programmi e dei database. Accesso ed
utilizzo di archivi astronomici (generale): interfaccia web, esempi di
queries specifiche, principali tools disponibili. Centri dati
astronomici: rassegna dei principali centri (Simbad, NED, HEASARC,
Sloan Digital Sky Survey, CDS, Vizier, ASDC, ...), contenuto degli
archivi ed accesso ai dati. Tools di analisi interattiva dei dati:
cenni di analisi dati astronomici, tools di analisi scientifica
interattiva di dati astronomici e confronto di dati multibanda.
L'Osservatorio Virtuale (Virtual Observatory, VO): scopo, definizione
degli standard internazionali, pubblicazione nel VO di cataloghi ed
archivi, tools VO-compliant, principali organismi (International
Virtual Observatory Alliance - IVOA, EURO-VO, Data Center
Alliance - DCA). Esercitazioni: esempi di ricerca ed estrazione
di dati da catalogo; esempi di ricerche incrociate, cross-correlazioni;
esempi di uso dei tools di analisi scientifica interattiva; esempi di
costruzione di SED multi-frequenza.