Corso di introduzione all'astrofisica A.A. 2013/2014. Programma svolto

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1 Corso di introduzione all'astrofisica A.A. 2013/2014 Programma svolto

2 Lezione 1 Astronomia ad occhio nudo Com'è fatto l'occhio. Elementi di base della visione ad occhio nudo. La risoluzione angolare dell'occhio, quali sono i fattori che la limitano Larghezza di banda e risoluzione spettrale Range dinamico e tempo di risposta Sensibilità, stime a partire da misure di laboratorio Definizione di flusso, densità spettrale di flusso, magnitudine apparente Derivazione del limite visuale dell'occhio umano (magnitudine minima rilevabile)

3 Lezione 2 Basi di ottica, telescopi, antenne La formazione dell'immagine su un piano focale di un sistema ottico a lente. Definizione di plate scale, lunghezza focale, rapporto focale, significato fisico di queste quantità. Impatto della lunghezza focale sul tempo di integrazione. Elementi che determinano la risoluzione angolare. Principali configurazioni dei telescopi. La configurazione Cassegrain, perché e per quali applicazioni si usa. Il fascio di antenna. Definizione, significato fisico, implicazioni. La definizione di FWHM. Definizione del db (decibel) Alcuni esempi di telescopi Hubble Space Telescope Keck James Webb Space Telescope Planck

4 Lezione 3 Ottiche adattive Bande elettromagnetiche Il seeing (effetto della turbolenza dell'atmosfera) e principali parametri che lo descrivono Concetto alla base dell'ottica adattiva e schema di funzionamento Sensore di fronte d'onda (Shack Hartmann) Specchi deformabili Sorgente artificiale Esempi di applicazione di ottiche adattive

5 Lezione 4 Brillanza, intensità, temperatura di brillanza e di antenna Il fascio di antenna e l'angolo solido di antenna. Definizioni di intensità specifica e brillanza superficiale. Dimostrazione che le due grandezze coincidono (in caso di assenza di assorbimento e espansione cosmica) La radiazione di corpo nero (definizione, formule, approssimazioni, l'energia totale emessa da un corpo nero) Temperatura di brillanza (definizione e relazione con temperatura termodinamica) Temperatura di antenna (definizione e relazione con potenza ricevuta)

6 Lezione 5 La misura delle distanze in astrofisica La scala delle distanze. Principali metodi e range di distanze in cui vengono applicati. L'unità astronomica. Definizione e metodi di misura. Metodo della parallasse trigonometrica. Definizione e range di applicabilità. Importanza della precisione astrometrica nella calibrazione di metodi applicabili a scale più grandi Misura spettroscopica della distanza delle stelle Definizione di luminosità e della magnitudine assoluta La distanza di luminosità Derivazione della magnitudine assoluta in funzione della magnitudine apparente e della distanza di luminosità Radiazione di corpo nero e classi spettrali delle stelle

7 Lezione 5 La misura delle distanze in astrofisica Misura spettroscopica della distanza delle stelle (continua) Il diagramma HR, significato ed uso nella determinazione della distanza delle stelle Indice di colore Procedura per determinare la distanza di una stella mediante spettroscopia o fotometria a bande Determinazione dell'appartenenza ad un ramo del diagramma HR mediante misure spettroscopiche della larghezza della riga H

8 Lezione 5 La misura delle distanze in astrofisica Metodo delle Cefeidi variabili Descrizione del metodo e sua importanza nella misura delle distanze extragalattiche Cenni sul meccanismo alla base della variabilità della luminosità delle Cefeidi variabili Cenni su estimatori di distanza secondari

9 Lezione 6 Cenni di cosmologia (I il modello cosmologico standard) Legge di Hubble Dati e interpretazione La costante di Hubble: definizione, significato fisico, stime più recenti del valore di H0. Definizione di redshift Modello di Friedmann Relatività generale ed espansione, cenni storici Definizione e significato fisico del fattore di scala e delle coordinate co-moventi Le equazioni di Friedmann (definizione e significato dei vari termini)

10 Lezione 6 Cenni di cosmologia (I il modello cosmologico standard) Modello di Friedmann (continua) Relazione fra costante di Hubble e fattore di scala Densità critica, definizione e relazione con il parametro di curvatura. Scenari evolutivi dell'universo secondo il modello di Friedmann Soluzioni semplici delle equazioni di Friedmann Andamento dei termini di densità di energia (materia e radiazione) con il fattore di scala. Tempo di equilibrio fra densità di radiazione e materia Soluzioni per a(t) in condizioni limite per k = 0 Descrizione qualitativa delle soluzioni limite per k 0

11 Lezione 6 Cenni di cosmologia (I il modello cosmologico standard) Problemi del modello cosmologico standard Problema delle condizioni iniziali (descrizione qualitativa) Problema della piattezza Stime più recenti del parametro 0 (valore e metodo) e sue implicazioni sulla geometria dell'universo Dimostrazione del problema della piattezza Problema dell'orizzonte Descrizione del problema dell'orizzonte, calcolo della scala angolare alla quale ci aspettiamo isotropia secondo il modello di Friedmann

12 Lezione 6 Cenni di cosmologia (I il modello cosmologico standard) Modello inflazionario Cenni sull'idea alla base del modello inflazionario Come l'inflazione risolve il problema della piattezza Come l'inflazione risolve il problema dell'orizzonte Stima dell'aumento del fattore di scala durante l'inflazione

13 Lezione 7 Cenni di cosmologia (II Evidenza di energia oscura da osservazioni di supernove lontane) La distanza di luminosità per oggetti distanti. Calcolo della relazione fra distanza fisica e distanza di luminosità Le supernove Ia come candele standard per distanze extragalattiche Le osservazioni di Perlmutter et al e l'evidenza dell'energia oscura da queste osservazioni Principali cause di incertezza nella determinazione della distanza mediante supernove Ia