ASTROPHYSICS LABORATORY II

FIS/01 - 6 CFU - 1° semestre

Docenti titolari dell'insegnamento

FRANCESCO LEONE
MARINA GIARRUSSO


Obiettivi formativi

Scopo generale del corso Laboratorio di Astrofisica II è dare allo studente i mezzi necessari per l’acquisizione, la riduzione e l'interpretazione di dati spettroscopici e spettropolarimetrici ad alta risoluzione spettrale. Con maggior riferimento alle atmosfere stellari, si affronterà il problema delle risoluzione numerica dell’equazione del trasporto radiativo. Verrano fornite le basi per la determinazione dei parametri stellari dal confronto tra spettri osservati e teorici. Verrà anche mostrato come questi metodi e tecniche possono essere applicati ai plasmi di laboratorio dove, in condizioni controllate di temperatura e densità, possono permettere la determinazioni di costanti atomiche fondamentali.

Obiettivo del corso é contribuire a: Trasformare conoscenze teoriche in applicazioni finalizzate alla misura di parametri fisici. Rafforzare la comprensione dell’interconnessioni tra aspetti teorici e sperimentali/osservativi, anche in ambiti interdisciplinari. Sviluppare la capacità critica nell'analisi e nell'interpretazione dei risultati scientifici sia osservativi che sperimentali. Rafforzare attraverso la progettazione e realizzazione di strumenti e software la capacità di analisi come suddivisione di un processo nelle sue parti fondamentali e nell'individuazione delle loro reciproche influenze e consequenzialità. Sviluppare la capacità di valutazione dei risultati attraverso il confronto con quanto riportato nella letteratura. Sviluppare il linguaggio necessario alla comunicazione degli argomenti oggetto del presente corso. Rafforzare la capacità di relazionare sulle attività svolte sia oralmente che per iscritto.


Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Oltre alle lezioni frontali, il corso prevede osservazioni spettroscopiche e spettropolarimetriche con la strumentazione dell'Osservatorio Astrofisico di Catania (Serra La Nave). Ogni studente, in ambiente Linux, svolgerà autonomamente esercitazioni numeriche e la riduzione di dati.

Il corso prevede esercitazioni per la realizzazione di modelli numerici delle atmosfere stellari e la risoluzione dell'equazione del trasporto radiativo utilizzando i codici in equilibrio termodinamico locale ATLAS e SYNTHE. Mentre per i plasmi in non equilibrio termodinamico si farà uso del codice CHIANTI.

Individualmente, ogni studente provvederà alla scrittura dei necessari codici per la determinazione dei parametri stellari sulla base del confronto tra spettri osservati e spettri teorici.

Compatibilmente con la disponibilità, durante il corso saranno tenuti seminari di approfondimento da ricercatori coinvolti nello sviluppo di metodologie mirate alla modellizzazione e interpretazione dei dati osservativi o sperimentali.

Nota: Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato sopra, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.


Prerequisiti richiesti

Elettromagnetismo. Teoria quantistica della materia. Spettroscopia atomica.



Frequenza lezioni

Necessaria per l'utilizzo della strumentazione.



Contenuti del corso

Spettroscopia échelle:

Spettrografi èchelle. Acquisizione e riduzione dati spettroscopici e spettropolarimetrici.

Determinazione delle grandezze caratteristiche dei plasmi astrofisici:

Risoluzione numerica dei modelli di atmosfera stellare.

Risoluzione numerica dell'equazione del trasporto radiativo nell’approssimazione di equilibrio termodinamico locale.

Determinazione dei parametri stellari fondamentali dal confronto tra simulazioni numeriche e dati osservativi: velocità radiale, velocità di rotazione, micro e macro-turbolenza. Temperature efficace, Gravità superficiale, Abbondanze Chimiche. Campi Magnetici.

Calcolo dell’emissività radiativa nell’approssimazione di non equilibrio termodinamico. Determinazione delle proprietà del plasma dal confronto tra simulazioni numeriche e dati osservativi.



Testi di riferimento

Gray D.F., The observation and analysis of stellar spectra – Cambridge Astrophysics Series

Kitchin C.R., Astrophysical Techniques - Publisher Institute of Physics Publishing

Mihalas D., - Stellar Atmospheres. - San Francisco: W. H. Freeman & Company

Landi Degl'Innocenti, Landolfi - Polarization in Spectral Lines - Kluwer Academic Publishers


Altro materiale didattico

Per la riduzione dei dati spettroscopici e spettropolarimetrici si utilizzerà IRAF: http://iraf.noao.edu

Per il calcolo delle atmosfere stellari si utlizzerà ATLAS: http://www.oact.inaf.it/castelli/castelli/sources/atlas9codes.html

Per la risoluzione dell'equazione del trasporto radiativo in LTE si utilizzerà SYNTHE: http://www.oact.inaf.it/castelli/castelli/sources/synthe.html

Per la risoluzione dell'equazione del trasporto radiativo in LTE in presenza di campi magnetici si utilizzerà COSSAM: https://www.oact.inaf.it/leone/Stift/ada2012_eu/cossam/index.html

Per il calcolo dell'emissività di plasmi non in equilibrio termodinamico si utilizzerà CHIANTI: http:/https://www.chiantidatabase.org/



Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Interazione radiazione materia / Radiation and MatterMihalas - Landi Degl'Innocenti, Landolfi 
2Atmosfere Stellari / Stellar AtmospheresMihalas - Gray 
3Risoluzione Numerica delle Atmosfere Stellari / Numerical computation of stellar Atmospheresdispense 
4Risoluzione Numerica del Trasporto Radiativo / Numerical solution of radiative Transferdispense 
5Determinazione dei parametri stellari / determination of stellar parametersMihalas - Gray - Landi degl'Innocenti 


Verifica dell'apprendimento


MODALITÀ DI VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

L'esame prevede la stesura di una relazione su una attività osservativa o sperimentale concordata e svolta durante il corso. La relazione dovrà essere consegnata al docente almeno due giorni prima dell’esame. La verifica dell’apprendimento è aļ¬ƒdata ad un esame finale orale su tutti gli argomenti del programma.

Gli studenti potranno iniziare l’esame con l’esposizione dell’argomento trattato nella relazione anche utilizzando dispositivi multimediali, quali una presentazione ppt.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Criteri per l’attribuzione del voto finale:

Alla formulazione del voto finale concorreranno in egual misura la relazione sull’esperienza condotta durante il corso i risultati, la padronanza mostrata nelle argomentazioni sia in termini qualitativi che quantitativi, la conoscenza degli argomenti affrontati durante il corso con particolare riferimento alla capacità di mettere in correlazione le varie parti del programma.


ESEMPI DI DOMANDE E/O ESERCIZI FREQUENTI

ESEMPI DI DOMANDE

TESINE FREQUENTI




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