ISTITUZIONI DI ASTROFISICA

Il corso si propone di fornire una panoramica sufficientemente approfondita dei fenomeni che hanno luogo nel nostro Universo.

Particolare attenzione verrà dedicata alla descrizione dei meccanismi fisici che sono alla base di tali fenomeni.

A causa della intrinseca interdisciplinarietà dell'astrofisica, quando necessario si introdurranno, anticipandoli in maniera euristica, concetti che verranno affrontati compiutamente in altre materie successivamente.

L'approccio utilizzato a lezione sarà di tipo osservativo-teorico.

L'insegnamento verrà svolto principalmente tramite l'erogazione di lezioni frontali.

Si prevede di effettuare durante il corso una o più visite guidate alla Stazione Solare e a quella Stellare dell'Osservatorio Astrofisico di Catania.

Conoscenze indispensabili richieste per fruire pienamente del corso e per sostenerne l'esame finale:

- Calcolo differenziale e integrale delle funzioni di una variabile

- Meccanica dei sistemi di punti materiali.

- Termodinamica.

- Elettromagnetismo

- Ottica

Di norma obbligatoria.

1 – Introduzione

Metodologia dell’investigazione in astrofisica – Scale di distanza e unità di misura – Strumenti per l’osservazione – Sistemi di coordinate astronomiche.

2 – Le stelle

– Generalità

Parametri fondamentali delle stelle - Magnitudine e luminosità – Classificazione spettrale delle stelle – Il diagramma di Hertzprung-Russell.

– Atmosfere stellari

Trasporto della radiazione – Andamento della temperatura con la profondità – Formazione delle righe – Equazioni di Boltzmann e di Saha* – Coefficienti di Einstein – Meccanismi di allargamento delle righe – Analisi delle abbondanze.

– Struttura interna

Le equazioni della struttura stellare – Relazione massa-luminosità – Processi di Fusione nucleare – Meccanismi di trasporto dell’energia – Criterio di Schwarzschild per l’instaurarsi della convezione.

– Evoluzione stellare

Evoluzione delle stelle di pre- e post-sequenza principale – Stelle pulsanti – Nebulose planetarie, novae e supernovae – Gas degenere di Fermi* - Nane bianche, stelle di neutroni e buchi neri.

3 – Il Sole: una stella tipica di sequenza principale

Atmosfera: fotosfera, cromosfera, corona – Zona di convezione – Rotazione differenziale – Campi magnetici – Teorema di Alfvèn* - Attività solare (macchie, facole, protuberanze, brillamenti) - Il problema dei neutrini solari.

4 – Il mezzo interstellare

Le nubi – Il gas – Le polveri – La chimica interstellare in fase gassosa e di superficie – Il Teorema del Viriale* - Il criterio di Jeans per il collasso gravitazionale e la formazione stellare.

5 – La nostra galassia

Morfologia, dinamica e caratteristiche fisiche della galassia – Gli ammassi globulari e gli ammassi aperti – Le popolazioni stellari – Il nucleo galattico – La materia oscura – I raggi cosmici.

6 – Le galassie

Classificazione morfologica di Hubble – Caratteristiche fisiche e processi di formazione delle galassie ellittiche e a disco – Gli ammassi e i superammassi di galassie – I Quasar e gli altri nuclei galattici attivi (AGN).

7 – Cosmologia

Evidenze osservative: la legge di Hubble dell’espansione dell’universo, il fondo cosmico di microonde – Principio cosmologico - Cosmologia newtoniana - L’equazione di Friedmann e quella del fluido cosmologico – Inflazione e fluttuazioni primordiali – Universo dominato dalla radiazione e dominato dalla materia – Modelli d’Universo - Materia oscura ed energia oscura – La costante cosmologica - Storia termica dell’Universo.

N.B.: Per gli argomenti asteriscati la deduzione quantitativa dei risultati puo’ essere omessa.

1. G.B. Rybicki & A.P. Lightman: Radiative processes in Astrophysics, Wiley-VCH, New York (2004)

2. H. Karttunen et al.: Fundamental Astronomy, 5^th ed, Springer Verlag, Berlin (2007)

Per consultazione

B.W. Carroll & D.A. Ostlie: An Introduction to Modern Astrophysics 2nd ed, Cambridge University Press, Cambridge (2007)

Se necessario del materiale didattico verrà fornito direttamente agli studenti.

L'esame viene svolto in modalità orale.

Gli argomenti del corso sono tutti possibili oggetto di domanda.