Lo studente acquisirà i principali concetti della fisica dei buchi neri, con particolare attenzione alle applicazioni astrofisiche.
Lo studente sarà in grado di identificare e comprendere i principali risultati delle più recenti scoperte nell'ambito dell'astrofisica relativistica.
Lo studente potrà individuare possibile tematiche su cui condurre future ricerche nel campo dell'astrofisica relativistica.
Prerequisiti
Dal punto di vista matematico, lo studente dovrà avere familiarità con i metodi di base per risolvere problemi algebrici, equazioni differenziali, algebrico-differenziali ed integrali.
Dal punto di vista della fisica, lo studente dovrebbe avere familiarità, concettuale e tecnica, con i concetti fondamentali della meccanica classica, l'elettromagnetismo, la meccanica quantistica di base, la termodinamica e fisica statistica e relatività (speciale e generale).
È auspicabile una conoscenza di base di astronomia e astrofisica, anche se le informazioni necessarie per il contesto del corso verranno introdotte secondo necessità.
Metodi didattici
Gli studenti vengono esposti ai concetti rilevanti e ai dettagli tecnici attraverso lezioni frontali alla lavagna eventualmente integrati da diapositive. Attività complementari di compiti a casa incentrati su applicazioni pratiche (astrofisiche). Materiale aggiuntivo dalle ricerche più aggiornate sui temi del le lezioni verranno consigliate e discusse.
Verifica Apprendimento
Verranno svolte prove scritte e orali con eguale ponderazione sugli argomenti sotto indicati.
La media aritmetica delle valutazioni parziali fornisce la valutazione quantitativa finale.
General Relativity. Autori: M. P. Hobson, G. Efstathiou, A. N. Lasenby
Black holes, white dwarfs and neutron stars: the physics of compact objects. Autori: S. Shapiro, S. Teukolksy
The classic theory of fields. Autori: L. Landau, E. Lifshits
Contenuti
1. Introduzione:
-) Elementi di Teoria della Relatività Speciale (concetti di spaziotempo, geometria di Minkowski, osservatori inerziali, Trasformazioni di Lorentz, dilatazione del tempo, contrazione delle lunghezze, quantità di moto, osservatori non inerziali).
-) Elementi di Teoria della Relatività Generale (principi, equazioni di campo, formalismo delle tetrade, osservatori).
2) Soluzioni classiche dei buchi neri (Schwarzschild, Reissner-Nordstrom, Kerr e Kerr-Newman).
3) Moto delle particelle nello spaziotempo curvo (particelle massicce neutre, particelle prive di massa e massicce cariche particelle).
4) Applicazioni I:
-) Orbite (precessione del periastro di Mercurio, stelle dell'ammasso S).
-) Spostamento verso il rosso gravitazionale.
-) Dischi di accrescimento.
-) “Ombra” del buco nero.
5) Formula massa-energia del buco nero:
-) Christodoulou-Ruffini e Hawking si avvicinano.
-) Il concetto di massa irriducibile.
-) Il concetto di energia estraibile.
-) Teorema di Hawking sull'aumento dell'area del buco nero e relazione con la massa irriducibile.
6) Applicazioni II:
-) Processo di Penrose.
-) Alcune generalizzazioni del Processo di Penrose.
-) Metodi elettrodinamici per l'estrazione dell'energia dai buchi neri.
7) Buco nero di Kerr nel campo magnetico esterno:
-) Campo allineato (soluzione Wald).
-) Campo inclinato (soluzione Bicak-Janis).
-) Moto delle particelle cariche ed estrazione di energia.
-) Feedback sulla massa irriducibile.
8) Applicazioni III:
-) Lampi di raggi gamma.
-) Nuclei galattici attivi.
9) Onde gravitazionali:
-) Particella che cade radialmente in un buco nero di Schwarzschild.
