Il Percorso di Astrofisica Laurea Magistrale in Fisica

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1 Il Percorso di Astrofisica Laurea Magistrale in Fisica Anno Accademico 2011/2012

2 Corsi di Astrofisica e Docenti ASTRONOMIA I + II (6 + 6) Marco Bersanelli LABORATORIO DI STRUMENTAZIONE SPAZIALE I + II (6 + 6) Aniello Mennella, Davide Maino ASTROFISICA NUCLEARE RELATIVISTICA I + II (6 + 6) Pierre Pizzochero FISICA COSMICA (6) Giuseppe Lodato ASTROFISICA TEORICA I + II (6 + 6) Giuseppe Bertin COSMOLOGIA (6) Marco Lombardi, Davide Maino fortemente consigliati Consigliati

3 Astronomia I + II (Bersanelli) Contenuti: Struttura e evoluzione stellare Astrofisica galattica Astrofisica extragalattica e cosmologia Sistema solare, astrobiologia Modulo I Modulo II Approfondimenti dal punto di vista sia concettuale che sperimentale-osservativo Prevalentemente dedicato all astronomia ottica Cenni di astronomia in tutto lo spettro elettromagnetico Introduzione a tecnologie utilizzate per osservazioni astronomiche da terra e dallo spazio alle diverse lunghezze d onda Esercitazioni: Dott. Maurizio Tomasi

4 Astronomia I + II (Bersanelli) Forti interconnessioni con altri indirizzi (nucleare, fisica della materia, particelle elementari, fisica applicata, ) Requisiti: Concetti di fisica della Laurea Triennale Ripresa e approfondimento di nozioni presentate nel Corso "Introduzione all'astrofisica Esame: Colloquio orale, a partire da un semplice esercizio

5 Laboratorio di Strumentazione Spaziale I+II (Mennella e Maino) Contenuti: DASI (polo sud) Tecniche e misure a microonde utilizzate in ambito astrofisico per studiare la radiazione cosmica di fondo dallo spazio (missione ESA - Planck) Progettazione e simulazione di componenti ottiche a microonde (antenne corrugate, antenne a riflettore) Simulazione e analisi dei dati di esperimenti spaziali per la misura del fondo cosmico Obiettivi: Familiarita' con sistema di misure e con la conduzione di esperimenti Senso critico nella pianificazione dei test e dell'analisi dei risultati Planck

6 Laboratorio di Strumentazione Spaziale I+II (Mennella e Maino) Tappa 1: Introduzione teorica all'ambito scientifico (fondo di radiazione cosmica a microonde) Introduzione teorica alle metodologie, tecniche e strumentazioni utilizzate Tappa 2: Progettazione e simulazione di antenne corrugate a microonde Misure in radiofrequenza per la caratterizazione di antenne corrugate a microonde Risposta angolare di un antenna

7 Laboratorio di Strumentazione Spaziale I+II (Mennella e Maino) Tappa 3: Misure effettuate a 30, 35 e 70 GHz in camera anecoica Tappa 4: Antenna sotto test su stadio rotante Progettazione e simulazione di un sistema ottico (antenna + telescopio) a microonde Simulazione di una misura di anisotropia di fondo cosmico mediante un'osservazione dallo spazio Simulazione di osservazione di fondo cosmico Ray tracing

8 Astrofisica Nucleare Relativistica (Pizzochero) Interdisciplinarieta : La maggior parte dei segnali che riceviamo dall Universo proviene dalle stelle. Lo studio dell Astrofisica Stellare e quindi fondamentale per tutte le tematiche astrofisiche, cosmologiche o astroparticellari. Vengono collegate le proprieta subatomiche della materia a quelle macroscopiche dell oggetto stellare. Il corso e istruttivo per tutti gli studenti con interessi teorici, nucleari, subnucleari o di fisica della materia. Obiettivi: Capire principi e processi fisici alla base del ciclo evolutivo stellare: dalla condensazione di un gas interstellare, alle condizioni per l accensione delle varie reazioni nucleari, agli ultimi stadi caratterizzati da condizioni di degenerazione quantistica e relativita delle particelle costituenti e da stati della materia stellare altamente esotici, con emissione di energia in banda X, e in neutrini (stelle compatte).

9 Astrofisica Nucleare Relativistica (Pizzochero) Modulo I (Introduzione alla Struttura Stellare): Principi generali dell Astrofisica Stellare (proprieta e equazione di stato della materia stellare; struttura e evoluzione stellare, stabilita gravitazionale, produzione e trasporto di energia, diffusione radiativa e atmosfera stellare, modelli stellari analitici). Interpretazione del diagramma HR. Condizioni fisiche della materia stellare nei vari stadi evolutivi. Dalle equazioni della struttura stellare alle proprieta osservate in sequenza principale. Modulo II (Astrofisica delle Stelle Compatte): Studio delle stelle compatte (nane bianche, supernovae, stelle di neutroni e pulsars, sorgenti X e compatte, magnetars, GRBs). Effetti indotti dalla forza gravitazionale sulle interazioni deboli (neutronizzazione della materia, emissione e diffusione di neutrini) e sulle interazioni forti (stelle di quarks, superfluidita nucleonica nelle pulsars). Caratteristiche fisiche della materia all interno delle stelle compatte e proprieta osservabili. Stabilita gravitazionale. Tali stadi finali dell evoluzione stellare sono alla frontiere dell attuale astrofisica relativistica.

10 Fisica Cosmica (Lodato) Verranno discussi i processi fisici che stanno alla base della formazione stellare e planetaria, dalla formazione ed evoluzione delle nubi molecolari fino allo sviluppo del disco protostellare, all interno del quale si formano i pianeti. Questo ultimo aspetto ha recentemente attratto molta attenzione a causa della scoperta, durante l ultimo decennio, di un grande numero di pianeti extra-solari, che ha permesso di studiare le proprietà dei sistemi planetari sulla base di un campione statistico di oggetti piuttosto che di una singola realizzazione. Il Corso si rivolge fondamentalmente agli studenti con interesse astrofisico, ma poichè tratta diversi aspetti fondamentali (fluidodinamica, interazione radiazione-materia) è istruttivo per studenti con interesse per fisica teorica o fisica della materia.

11 Fisica Cosmica (Lodato) Processi fisici di base: Questa parte e istruttiva per gli studenti con interesse teorico, astrofisico o di fisica della materia. Interazione radiazione-materia: scattering Thomson, scattering Rayleigh, radiazione di ciclotrone e di sincrotrone, radiazione di bremsstrahlung, fondamenti di trasporto radiativo. Effetto Compton e Compton inverso. Astrofisica dei fluidi: Equazioni fluide. Sfere politropiche, dischi autogravitanti. Onde sonore, onde d urto. Instabilità gravitazionale, termica, convettiva. Accrescimento. Turbolenza. Simulazione numerica di un disco di accrescimento Formazione di Stelle e Pianeti: Struttura ed evoluzione delle nubi molecolari. Frammentazione turbolenta. Leggi di scala per le nubi molecolari. Funzione iniziale di massa per le stelle (IMF). Modelli di formazione stellare. Struttura ed evoluzione dei dischi protostellari. Modelli di formazione planetaria.

12 Astrofisica Teorica I + II (Bertin) Contenuti: Alcuni temi importanti dell astrofisica extragalattica Struttura, dinamica, formazione, evoluzione delle galassie Sistemi complessi autogravitanti, metodi per la loro descrizione, affinita con la fisica dei plasmi A partire da molti esempi concreti, lo studente imparera a riconoscere che i problemi piu interessanti, anche dal punto di vista teorico, sono identificati a partire da un quadro fenomenologico ampio e dettagliato. Formulazione rigorosa di interrogativi e di modelli relativamente semplici. Metodi di indagine analitici.

13 Astrofisica Teorica I + II (Bertin) (I moduli sono indipendenti e possono essere seguiti nell ordine desiderato) Modulo I (fenomenologia, modelli generali, galassie spirale): Caratteristiche fisiche delle galassie. Descrizione fluida e cinetica delle galassie. Sistemi di N corpi. Meccanismi di rilassamento. Il problema della dinamica autoconsistente. Dinamica delle galassie a spirale. Dalle orbite stellari, all instabilita di Jeans, alle onde di densita e ai modi globali discreti responsabili del grand design a spirale. Modulo II (materia oscura, galassie ellittiche, contesto cosmologico): Materia oscura nelle galassie e negli ammassi. Dinamica dei sistemi stellari non-collisionali. Dinamica degli ammassi globulari e delle galassie ellittiche. Collasso non-dissipativo e formazione delle galassie. Leggi di scala e evoluzione delle galassie.

14 Cosmologia (Lombardi e Maino) Obiettivi: Introduzione alla cosmologia moderna, con particolare attenzione ai progressi in campo osservativo. Studio dell Universo e delle leggi generali che lo governano nel suo insieme. Prerequisiti: Corsi di Matematica e Fisica della Laurea Triennale. Consigliabile aver gia seguito Astronomia o Astrofisica Teorica. Chi ha gia seguito Introduzione alla Relativita potra meglio apprezzare alcuni degli argomenti trattati.

15 Cosmologia (Lombardi e Maino) Parte I (Introduzione elementare): Vengono ricavati molti risultati di interesse cosmologico usando la fisica classica e l omogeneita dell universo su grande scala. Legge di espansione di Hubble. Leggi di Friedmann. Parte II (Introduzione alla Relativita Generale e applicazioni alla Cosmologia): Richiami di Relativita Ristretta. Elementi di Relativita Generale. Redshift. Effetti della distanza su luminosita e dimensioni angolari di oggetti osservati. Parte III (Cosmologia osservativa): Nucleosintesi cosmologica. Disaccoppiamento di neutrini e radiazione. Formazione di strutture. Campi di velocita e deviazioni dal flusso di Hubble. Lenti gravitazionali. Misure di geometria ad alto redshift. La radiazione di fondo cosmico (CMB). Inflazione.

16 LEGENDA Il Percorso nel Nuovo Ordinamento Le tipologie di attivita formative (TAF) sono le seguenti: b) Caratterizzanti c) Affini o integrative d) A scelta dello studente e) Prova finale f) Altre attivita PRIMO ANNO PRIMO SEMESTRE T A F C F U SECONDO SEMESTRE Elettrodinamica classica b 6 Astronomia II modulo b 6 Corso a scelta fra i caratterizzanti Astronomia I modulo b 6 b 6 Metodi matematici della fisica: Laboratori o di strumentazione b 6 equazioni differenziali spaziale II modulo c 6 Laboratori o di strumentazione spaziale I modulo c 6 Corso a scelta d 6 Corso a scelta tra i caratterizzanti b 6 Corso a scelta d 6 TOTALE CFU 30 TOTALE CFU 30 SECONDO ANNO PRIMO SEMESTRE T A F C F U SECONDO SEMESTRE Tesi di Laurea e 18 Tesi di Laurea e 22 Un corso di settore FIS03 o FIS04 b 6 Preparazione tesi f 8 Corso a scelta della Tabella A c 6 TOTALE CFU 30 TOTALE CFU 30 T A F T A F C F U C F U

17 Il Percorso nel Nuovo Ordinamento TABELLA A Tutti i corsi di SSD FIS05 ed inoltre altri corsi relativi a: fisica dei continui, fisica dei plasmi, relativita generale, simulazioni numeriche, metodologie di analisi dati, meccanica celeste, ottica.

18 Tesi di Laurea Magistrale Con la tesi lo studente viene a conoscere in cosa consiste fare ricerca. Spesso con la tesi lo studente e esposto a contatti con altri gruppi di ricerca, fuori del Dipartimento, anche in ambiente internazionale. Viene quindi a conoscere in cosa consiste lo spirito di una collaborazione scientifica. I temi di ricerca attivi nel Dipartimento sono di punta e coprono uno spettro ampio rispetto alle maggiori tematiche della astrofisica moderna. Essi hanno il loro riferimento naturale nelle grandi iniziative osservative dell astrofisica moderna (HST, PLANCK, HERSCHEL, ALMA, JWST). Uno dei grandi vantaggi dei nostri studenti e che, oltre alle opportunita presenti nel Dipartimento, essi possono usufruire di un ambiente di ricerca estremamente ricco e qualificato, offerto dall area milanese: alcune tesi sono svolte di fatto in co-tutela con un contributo importante di altre sedi e enti di ricerca presenti nell area (INAF - Osservatorio: Brera e Merate; INAF - IASF, via Bassini).

19 Prospettive dopo la Laurea Magistrale Per molti, la Laurea Magistrale del Percorso in Astrofisica e intrapresa con la speranza di un prossimo inserimento nella Ricerca. In questo caso, la prospettiva immediata e quella di intraprendere un Corso di Dottorato e di cercare successivamente posizioni temporanee ( postdoc ) che auspicabilmente porteranno a un posto di ricercatore all Universita o in un Ente di Ricerca (Osservatori o altri Centri). In realta, la formazione che lo studente possiede completando la Laurea Magistrale da, come per altri Percorsi in Fisica, valide alternative. In particolare, una formazione di tipo sperimentale/osservativo puo aprire la strada verso l industria. Una formazione di tipo numerico/modellistico puo aprire strade ancora piu generali. Anche l insegnamento nella scuola secondaria viene spesso considerato.