ID:
67218
Tipo Insegnamento:
Opzionale
Durata (ore):
60
CFU:
6
Url:
FISICA/PERCORSO COMUNE Anno: 3
Anno:
2024
Dati Generali
Periodo di attività
Secondo Semestre (24/02/2025 - 06/06/2025)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso di Astrofisica Sperimentale (60 ore) ha la finalità di introdurre lo studente alle problematiche relative alle misure di grandezze astrofisiche e delle tecniche in uso nell'astrofisica. Vengono introdotte le grandezze di interesse astrofisico e vengono illustrati i metodi fondamentali che consentono le stime di massa (massa solare, masse tipiche di stelle, ammassi stellari, galassie), di lunghezza (definizione di parsec, distanze tra stelle, dimensioni delle galassie, distanze tra galassie) e di tempo (età dell'Universo, del Sole, di altri oggetti celesti di interesse). Alcuni degli argomenti trattati durante il corso quali la recente conferma dell’esistenza delle onde gravitazionali e la continua scoperta di nuovi pianeti extrasolari sono di straordinaria importanza e attualità e quindi elementi fondamentali per lo studente che si avvicina oggi allo studio dell'Astrofisica. Inoltre, lo studente acquisirà una preparazione tecnologica/sperimentale di base nel campo dell’Astrofisica grazie alla descrizione delle strumentazioni più sofisticate in uso oggi per la rivelazione della radiazione proveniente da sorgenti celesti (con particolare riferimento alle radiazioni X e Gamma). Infine, grazie alla parte dedicata all'analisi di veri dati provenienti da osservatori spaziali di oggetti celesti di particolare interesse, lo studente maturerà anche una capacità di base nell’interpretare criticamente i dati attraverso determinati modelli fisici.
Prerequisiti
Lo studente deve avere buona conoscenza della Fisica di base (cinematica, dinamica del punto materiale e sistemi di particelle), fluidodinamica, onde, termodinamica. Conoscenze di base di Elettromagnetismo. Calcolo integrale e differenziale. E' anche necessaria una sufficiente conoscenza della lingua inglese per la comprensione dei testi in lingua inglese.
Metodi didattici
Le lezioni sono svolte in parte con slides proiettate in aula, in parte alla lavagna per lo svolgimento di esercizi, calcoli o di dimostrazioni. Sono previste attività sperimentali di osservazioni al telescopio ottico di Loiano (svolta in remoto e soggetta alla disponibilità della struttura) e presso il laboratorio LARIX.
Verifica Apprendimento
Durante il corso di Astrofisica Sperimentale è incoraggiata l'interazione critica con il docente. L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare la conoscenza degli argomenti svolti a lezione. L'esame finale è solo orale della durata di circa 30 minuti e consiste in 3-4 domande su argomenti svolti durante il corso. Lo studente può anche optare per la presentazione di un elaborato di approfondimento a propria scelta (o concordato con il docente) che può essere presentato oralmente o in forma di presentazione/slides (durata 10-15 minuti). L'elaborato, se presente, è alternativo a una delle domande. In alternativa ad una domanda può essere richiesta la soluzione di un esercizio relativo agli argomenti affrontati durante il corso. Il voto finale è in trentesimi e si considera superato se viene raggiunto il voto minimo di 18/30.
Testi
Il docente fornisce materiale didattico a supporto delle lezioni frontali (dispense ed appunti).
Bibliografia:
1. H. Bradt, "Astronomy Methods", Cambridge University Press
2a. H. Karttunen et al., "Fundamental Astronomy", Springer
2b. H. Karttunen et al., "Fondamenti di astronomia", UTET Università
3. R.W. Hilditch, "An Introduction to Close Binary Stars", Cambridge
4. "Exoplanet Handbook" by Michael Perryman, Cambridge.
Bibliografia:
1. H. Bradt, "Astronomy Methods", Cambridge University Press
2a. H. Karttunen et al., "Fundamental Astronomy", Springer
2b. H. Karttunen et al., "Fondamenti di astronomia", UTET Università
3. R.W. Hilditch, "An Introduction to Close Binary Stars", Cambridge
4. "Exoplanet Handbook" by Michael Perryman, Cambridge.
Contenuti
PARTE I (8 lezioni - 16 ore)
Grandezze fondamentali per sorgenti puntiformi ed estese. Astronomia ad occhio nudo. Potere risolutivo dell'occhio umano, banda spettrale, limite visuale. Il sistema della magnitudine. Estinzione (atmosferica e interstellare) e brillanza superficiale del cielo. Misure di distanza in astrofisica e la scala delle distanze: radar ranging, parallasse trigonometrica e spettroscopica, stelle variabili (Cefeidi e RR Lyrae), indicatori cinematici, supernovae di tipo Ia, legge di Hubble-Lemaitre. Telescopi ottici: elementi di ottica, aberrazioni, limite di diffrazione, area efficace, risoluzione angolare e point spread function (PSF), seeing e ottica adattiva, rapporto segnale-rumore e flusso limite. Elementi di spettroscopia: prisma, reticolo di diffrazione e grism, dispersione angolare/lineare e risoluzione spettrale. Telescopi X. Radiotelescopi e cenni di interferometria.
PARTE II (8 lezioni - 16 ore)
Richiamo sulle Leggi di Keplero. Equazione di Keplero. Misura delle masse dalle orbite. Velocità di fuga. Stelle binarie. Maree e lobi di Roche. Binarie visuali, astrometriche, spettroscopiche, fotometriche. Sistemi binari con stelle di neutroni e buchi neri. Evoluzione dei sistemi binari. Binarie X. Limite di Eddington. Pianeti extrasolari: metodi di ricerca e rivelazione, metodi diretti, metodi indiretti (velocità radiali, astrometria, transito, microlensing, timing), caratteristiche degli esopianeti, composizione atmosferica, temperatura, abitabilità. Onde gravitazionali (GW): misura di GW tramite interferometri LIGO/VIRGO; prospettive future dell’astrofisica gravitazionale e dell’astrofisica Multimessaggera.
Parte III (8 lezioni - 16 ore)
Esperienza di osservazione in remoto con il telescopio ottico di Loiano (BO), soggetta alla disponibilità della struttura e strumentazione. Analisi dati in astronomia. Introduzione al linguaggio di programmazione Python. Utilizzo di Python per l’analisi dati: fit di curve, analisi di immagine astronomiche con il pacchetto astropy, misure fotometriche. Introduzione ai software ds9 e topcat. Tecniche di Machine Learning e Deep Learning: introduzione e applicazioni in astronomia/astrofisica (redshift fotometrici, classificazioni di ammassi globulari, identificazione di galassie in ammassi di galassie, identificazione di eventi di lensing gravitazionale, algoritmi genetici per generare gamma-ray bursts).
Parte IV (4 lezioni – 12 ore)
Rivelatori in Astrofisica delle alte energie. Strumenti focalizzanti e strumenti a vista diretta. Collimatori e maschere codificate. Imaging Compton. Legge di Bragg e lenti di Laue. Telescopi Cherenkov. Principali interazioni nei rivelatori X/Gamma: fotoelettrico, Compton, produzione di coppia. Attenuazione dei raggi X e sezione d’urto. Scintillatori. Detector a stato solido e silicon drift detector. Detector a gas.
Esperienze di laboratorio LARIX (4+4 ore) – assorbimento di raggi X (legge e misure) e misura del raggio di curvatura di un cristallo curvo di GaAs(022).
Grandezze fondamentali per sorgenti puntiformi ed estese. Astronomia ad occhio nudo. Potere risolutivo dell'occhio umano, banda spettrale, limite visuale. Il sistema della magnitudine. Estinzione (atmosferica e interstellare) e brillanza superficiale del cielo. Misure di distanza in astrofisica e la scala delle distanze: radar ranging, parallasse trigonometrica e spettroscopica, stelle variabili (Cefeidi e RR Lyrae), indicatori cinematici, supernovae di tipo Ia, legge di Hubble-Lemaitre. Telescopi ottici: elementi di ottica, aberrazioni, limite di diffrazione, area efficace, risoluzione angolare e point spread function (PSF), seeing e ottica adattiva, rapporto segnale-rumore e flusso limite. Elementi di spettroscopia: prisma, reticolo di diffrazione e grism, dispersione angolare/lineare e risoluzione spettrale. Telescopi X. Radiotelescopi e cenni di interferometria.
PARTE II (8 lezioni - 16 ore)
Richiamo sulle Leggi di Keplero. Equazione di Keplero. Misura delle masse dalle orbite. Velocità di fuga. Stelle binarie. Maree e lobi di Roche. Binarie visuali, astrometriche, spettroscopiche, fotometriche. Sistemi binari con stelle di neutroni e buchi neri. Evoluzione dei sistemi binari. Binarie X. Limite di Eddington. Pianeti extrasolari: metodi di ricerca e rivelazione, metodi diretti, metodi indiretti (velocità radiali, astrometria, transito, microlensing, timing), caratteristiche degli esopianeti, composizione atmosferica, temperatura, abitabilità. Onde gravitazionali (GW): misura di GW tramite interferometri LIGO/VIRGO; prospettive future dell’astrofisica gravitazionale e dell’astrofisica Multimessaggera.
Parte III (8 lezioni - 16 ore)
Esperienza di osservazione in remoto con il telescopio ottico di Loiano (BO), soggetta alla disponibilità della struttura e strumentazione. Analisi dati in astronomia. Introduzione al linguaggio di programmazione Python. Utilizzo di Python per l’analisi dati: fit di curve, analisi di immagine astronomiche con il pacchetto astropy, misure fotometriche. Introduzione ai software ds9 e topcat. Tecniche di Machine Learning e Deep Learning: introduzione e applicazioni in astronomia/astrofisica (redshift fotometrici, classificazioni di ammassi globulari, identificazione di galassie in ammassi di galassie, identificazione di eventi di lensing gravitazionale, algoritmi genetici per generare gamma-ray bursts).
Parte IV (4 lezioni – 12 ore)
Rivelatori in Astrofisica delle alte energie. Strumenti focalizzanti e strumenti a vista diretta. Collimatori e maschere codificate. Imaging Compton. Legge di Bragg e lenti di Laue. Telescopi Cherenkov. Principali interazioni nei rivelatori X/Gamma: fotoelettrico, Compton, produzione di coppia. Attenuazione dei raggi X e sezione d’urto. Scintillatori. Detector a stato solido e silicon drift detector. Detector a gas.
Esperienze di laboratorio LARIX (4+4 ore) – assorbimento di raggi X (legge e misure) e misura del raggio di curvatura di un cristallo curvo di GaAs(022).
Lingua Insegnamento
ITALIANO
Corsi
Corsi
FISICA
Laurea
3 anni
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Persone
Persone (3)
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