Indice. Parte I Astrofisica osservativa

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Giorgia Moroni
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1 Parte I Astrofisica osservativa 1 Sistemi di riferimento astronomici Introduzione Il sistema di coordinate orizzontali o altazimutali Ilsistemaequatoriale Altrisistemidicoordinate Perturbazioni e variazioni delle coordinate Precessione Nutazione Parallasse Aberrazionedellaluce Rifrazioneatmosferica Misureditempo Riferimentibibliografici Strumenti di osservazione Introduzione L atmosfera Caratteristiche dei telescopi Telescopiottici Caratteristiche dei sistemi ottici Telescopirifrattori Telescopiriflettori Montaturedeitelescopi Rivelatori per osservazioni nell ottico Lastrefotografiche Spettrografi Fotocatodi e fotomoltiplicatori Fotometriepolarimetri Rivelatori elettronici a immagini, CCD

.. 13 1.5.5 Rifrazioneatmosferica... 13 1.6 Misureditempo... 15 Riferimentibibliografici... 16 2 Strumenti di osservazione... 17 2.1 Introduzione... 17 2.2 L atmosfera... 18 2.

2 viii Indice Otticheattiveedadattive Interferometri Telescopiinfrarossi Sensibilità dei rivelatori ottici e infrarossi Telescopi per fotoni di alta energia TelescopiX Telescopigamma Telescopi ultravioletti (UV) Sensibilità dei telescopi a contatori di fotoni Radiotelescopi Antennesingole Radiointerferometri Telescopi submillimetrici e per microonde Regione submillimetrica Microonde Sensibilità dei rivelatori radio e millimetrici Conclusioni Riferimentibibliografici Elementi di fotometria e spettroscopia Grandezze dei campi di radiazione Elementidifotometria Ottico, infrarosso, ultravioletto Radio RaggiXegamma Emissionenelcontinuo Indicidicolore Estinzione e profonditàottica Eccessodicolore Estinzioneatmosferica Trasportoradiativo Elementidispettroscopia Cenni sulla teoria atomica degli spettri Spettriatomici Spettrimolecolari Misurespettrali Formazione delle righe spettrali Allargamentodellerighe EffettoDoppler Spettristellari Spettrinebulari Nota Riferimentibibliografici...118

9 Sensibilità dei telescopi a contatori di fotoni.................... 57 2.10 Radiotelescopi... 58 2.10.1 Antennesingole... 60 2.10.2 Radiointerferometri... 62 2.

3 ix 4 Parametri fondamentali Ledistanzeinastronomia Lestelle Luminositàetemperature Masse Raggi Legalassie LaViaLattea Legalassieesterne Dimensioni Luminosità Masse Lastrutturaagrandescala Spettro elettromagnetico universale Riferimentibibliografici Parte II Gravitazione universale 5 Gravitazione newtoniana Le leggi di Keplero dei moti planetari Calcolo della forza del Sole sui pianeti Ilproblemadeiduecorpi Equazione di Poisson per la gravitazione newtoniana Effetti differenziali dei campi gravitazionali Maree Limite di instabilità per frammentazione (limite di Roche) Limitedicattura Ilproblemadeitrecorpi Riferimentibibliografici Teoria relativistica della gravitazione La RelativitàGenerale Campi gravitazionali statici a simmetria sferica Equilibrio idrostatico delle stelle relativistiche Redshiftgravitazionale Buchineri BuchineridiSchwarzschild Velocitàdicadutaradiale Motogeodeticoradiale Moto in condizioni generali Motodeifotoni BuchineridiKerr Estrazione di energia rotazionale da un BH di Kerr Collassogravitazionale Riferimentibibliografici...182

.......................... 136 Riferimentibibliografici...138 Parte II Gravitazione universale 5 Gravitazione newtoniana...141 5.1 Le leggi di Keplero dei moti planetari.......................... 141 5.

4 x Indice Parte III Fluidi, plasmi e radiazione 7 Processi fluidodinamici Equazioni di Eulero e l equazione di Navier-Stokes Applicazioni della fluidodinamica all astrofisica Flussi unidimensionali, getti astrofisici Flussi in simmetria sferica, accrescimento e venti Dischidiaccrescimento Onde d urto sferiche, esplosioni di supernova Riferimentibibliografici Processi di plasma TeoriaMHD Plasma a riposo, V = Plasma in moto, V 0, con resistività trascurabile, η Congelamento delle linee di flusso magnetico nei plasmi Magnetoidrostatica Campiforce-free Riconnessione magnetica Criteri di applicabilità della trattazione fluida per i plasmi Applicazioni della teoria MHD all astrofisica Attivitàsolare Stelle compatte magnetizzate e rotanti Gettisupersonici Origine e amplificazione dei campi magnetici Riferimentibibliografici Meccanismi di irraggiamento Radiazione da cariche libere accelerate Trattazione euristica di Thomson della formula di Larmor Bremsstrahlung Bremsstrahlung non-relativistico e termico Bremsstrahlung relativistico Assorbimento da bremsstrahlung termico Radiazionesincrotrone Radiazione da elettroni singoli Radiazione da elettroni con distribuzione di potenza inenergia Autoassorbimento sincrotrone in nuvole compatte RotazioneFaraday Principio di minima energia in sorgenti sincrotrone Radiazione per effetto Compton inverso Diffusione di fotoni da elettroni relativistici Radiazione synchrotron-self-compton (SSC)

........ 191 7.2.3 Dischidiaccrescimento...195 7.2.4 Onde d urto sferiche, esplosioni di supernova............. 202 Riferimentibibliografici...207 8 Processi di plasma...209 8.1 TeoriaMHD...211 8.1.1 Plasma a riposo, V = 0.

5 xi Limite radiativo per Compton inverso Comptonizzazione Produzionedicoppie Dopplerbeaming Riferimentibibliografici Accelerazione di particelle sopratermiche Accelerazionecoerente Accelerazionestocastica MeccanismodiFermi Pompaggiomagnetico Accelerazione stocastica in plasmi turbolenti Accelerazione diffusiva da onde d urto Accelerazione da onde d urto multiple Riferimentibibliografici Parte IV Fisica delle stelle 11 Fenomenologia stellare Stelle normali e il diagramma di Hertzsprung-Russell Stellevariabili Variabilipulsanti Variabilieruttive Stellepeculiarioattive Regioni di formazione stellare Nebuloseplanetarie Supernove e resti di supernova Pulsar Gamma-Ray-Burst (GRB) Sistemibinaristretti Stelle del tipo Algol, β-lyrae, W Ursae Majoris, RS CanumVenaticorum Variabili cataclismiche, nove BinarieX Buchi neri in sistemi binari e microquasar QPO (Quasi-Periodic-Oscillators) Datistellari Riferimentibibliografici Struttura interna delle stelle Basiteoriche Equazionifondamentali Equilibrioidrostatico Continuitàdellamassa Equilibrioenergetico...299

............ 257 10.3 Accelerazione diffusiva da onde d urto......................... 260 10.3.1 Accelerazione da onde d urto multiple.................. 264 Riferimentibibliografici.

6 xii Indice Trasportodienergia Condizionialcontorno Equazionedistato Opacità Sorgentidienergia Modellistellari Modelli uniparametrici Modellibiparametrici Modellinumerici Atmosferestellari Riferimentibibliografici Evoluzione stellare Teoremadelviriale Fasievolutivecaratteristiche Fasi iniziali dell evoluzione stellare La contrazione delle nuvole del mezzo interstellare Evoluzione pre-sequenza Principale Fase termonucleare della Sequenza Principale Stelle dell alta Main Sequence, M 1.5 M Stelle della bassa MS, M 1.5 M Proprietàgenerali Evoluzione post-ms, M 2 M Il limite di Schönberg-Chandrasekhar Lafasedigiganterossa Fasi finali delle stelle, M < 8M Fasi finali delle stelle, M > 8 M Evoluzione post-ms, M 2M Il flash dell elio nel nucleo Nebulose planetarie e nane bianche Le fasi terminali dell evoluzione stellare Collasso finale delle stelle di grande massa SupernovediTipoII Gamma-Ray-Burst (GRB) Riferimentibibliografici Stati finali dell evoluzione stellare Gli stati finali dell evoluzione stellare Stelledegeneri Nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri Sistemi binari stretti con componente compatta Formazione di dischi di accrescimento in sistemi binari semi-staccati Evoluzione stellare in sistemi binari con scambio di massa -SupernoveditipoI...382

1 Teoremadelviriale...329 13.2 Fasievolutivecaratteristiche...332 13.3 Fasi iniziali dell evoluzione stellare........................... 333 13.3.1 La contrazione delle nuvole del mezzo interstellare.

7 xiii La dinamica delle binarie X Emissione ad alta frequenza da dischi di accrescimento Riferimentibibliografici Parte V Fisica delle galassie 15 La Via Lattea Statisticastellare Local Standard of Rest (LSR) Funzione di luminositàdellestelle Densitàstellare Popolazioni stellari e ammassi Ammassiaperti Ammassiglobulari Associazioni Ilmezzointerstellare Polveriinterstellari Gasinterstellare Molecoleinterstellari La rotazione differenziale della Galassia La distribuzione del mezzo interstellare La curva di rotazione della Galassia Struttura ed evoluzione della Via Lattea Riferimentibibliografici Galassie esterne Lascopertadellegalassie Classificazione delle galassie Galassieellittiche Tipimorfologici Caratteristichefisiche Galassiespiralieirregolari Classimorfologiche Caratteristichefisiche Dinamica delle regioni centrali dei nuclei delle spirali La funzione di luminosità Lastrutturaaspirale Origine TeoriadiLineShu Interazionifragalassie Attritodinamico Interazioneimpulsiva Strippingmareale...448

..398 15.1.3 Densitàstellare...399 15.2 Popolazioni stellari e ammassi................................ 401 15.2.1 Ammassiaperti...403 15.2.2 Ammassiglobulari...405 15.2.3 Associazioni...406 15.

8 xiv Indice 16.8 Formazionedellegalassie Riferimentibibliografici Galassie attive LegalassiediSeyfert Radiogalassie Quasar Modelli teorici delle galassie attive AGN (Active Galactic Nuclei) Dischidiaccrescimento Gettielobiradio Modello unificato per gli AGN Riferimentibibliografici Parte VI Cosmologia 18 Dati cosmologici IlparadossodiOlbers La distribuzione delle galassie Gruppi Ammassi Superammassi La struttura a grande scala LaleggediHubble Il fondo di radiazione cosmica (CMBR) Isotropia di materia e radiazione L abbondanza dell elio e del deuterio Asimmetria materia-antimateria L accelerazione dell Universo Riferimentibibliografici Modelli cosmologici Ilprincipiocosmologico La metrica dello spazio-tempo cosmologico La metrica di Robertson-Walker Le equazioni relativistiche della dinamica cosmica ModellidiUniverso Modello di Einstein - De Sitter ModellodiDeSitter Soluzionigenerali Evoluzione degli universi piatti Modello dello stato stazionario Riferimentibibliografici...522

..470 17.4.4 Modello unificato per gli AGN......................... 475 Riferimentibibliografici...477 Parte VI Cosmologia 18 Dati cosmologici...481 18.1 IlparadossodiOlbers...481 18.2 La distribuzione delle galassie.

9 xv 20 Il Big-Bang Modellostandard Nucleosintesi primordiale Disaccoppiamento radiazione-materia LeanisotropiedellaCMBR La costante cosmologica e l energia del vuoto Modelliinflazionari Conseguenze della teoria inflazionaria Asimmetria tra particelle e antiparticelle L Universoinaccelerazione Riferimentibibliografici Costanti Indice analitico...553

4 Modelliinflazionari...539 20.5 Conseguenze della teoria inflazionaria......................... 543 20.

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