Corso di astrofisica

Lezione 1 • Gravità e meccanica orbitale

Presenta la gravità newtoniana, le leggi di Keplero e la dinamica orbitale. Questi principi sono alla base della dinamica stellare, planetaria e galattica trattata in seguito.

Lezione 2 • Scale e unità di misura in astrofisica

Introduce le scale di distanza, massa e tempo cosmiche. Ancora tutto il lavoro quantitativo successivo a unità di misura astrofisiche coerenti.

Lezione 3 • Strumenti osservativi e telescopi

Esamina i telescopi ottici, radio e spaziali e i loro principi di funzionamento. Fornisce agli studenti le basi su come i dati astrofisici vengono effettivamente raccolti.

Lezione 4 • Spettroscopia e fisica atomica

Spiega i livelli energetici atomici, le righe spettrali e l'effetto Doppler. Fornisce gli strumenti diagnostici per misurare composizione, temperatura e moto.

Lezione 1 • Interni stellari e trasporto di energia

Analizza il bilancio di pressione, le zone di combustione nucleare e i meccanismi di trasporto dell'energia. Spiega perché le stelle mantengono luminosità stabili per miliardi di anni.

Lezione 2 • Il diagramma di Hertzsprung-Russell

Introduce il diagramma HR come strumento di classificazione ed evoluzione. Gli studenti imparano a leggere le popolazioni stellari e le tracce evolutive dalle caratteristiche del diagramma.

Lezione 3 • Evoluzione stellare avanzata e stadi finali

Traccia l'evoluzione post-sequenza principale attraverso giganti rosse, nebulose planetarie e supernovae. Collega la massa stellare al tipo di resto compatto prodotto.

Lezione 4 • Stelle binarie e trasferimento di massa

Esamina come le interazioni binarie alterino l'evoluzione stellare attraverso lo scambio di massa e le fasi di inviluppo comune. Introduce le novae e i progenitori di supernova di tipo Ia.

Lezione 1 • Nane bianche e degenerazione elettronica

Spiega la pressione degli elettroni degeneri, le relazioni massa-raggio e le sequenze di raffreddamento. Stabilisce la fisica del resto compatto più semplice.

Lezione 2 • Accrescimento e binarie a raggi X

Analizza la struttura del disco di accrescimento, i limiti di luminosità e la classificazione delle binarie a raggi X. Collega la fisica degli oggetti compatti ai transienti di alta energia osservati.

Lezione 3 • Onde gravitazionali ed eventi multi-messaggero

Spiega la generazione delle onde gravitazionali, i principi dei rivelatori e i segnali di fusione binaria. Introduce l'astrofisica multi-messaggero attraverso le osservazioni di fusione di stelle di neutroni.

Lezione 4 • Fisica dei buchi neri e spaziotempo

Introduce le metriche di Schwarzschild e Kerr, gli orizzonti degli eventi e le geodetiche. Fornisce il quadro relativistico per interpretare le osservazioni dei buchi neri.

Lezione 1 • Nubi molecolari e regioni di formazione stellare

Analizza la struttura delle nubi molecolari, la turbolenza e le condizioni che innescano il collasso gravitazionale. Collega la fisica del mezzo interstellare al processo di formazione stellare.

Lezione 2 • Feedback stellare e arricchimento chimico

Esamina come i venti stellari, le supernovae e la radiazione rimodellano il mezzo interstellare e iniettano metalli. Stabilisce il ciclo di feedback che guida l'evoluzione chimica galattica.

Lezione 3 • Grani di polvere ed estinzione interstellare

Esamina la composizione dei grani di polvere, la distribuzione dimensionale e le curve di estinzione. Mostra come la polvere influenzi le misurazioni fotometriche e gli ambienti di formazione stellare.

Lezione 4 • Fasi e componenti del mezzo interstellare

Identifica le fasi neutra fredda, ionizzata calda e coronale calda del mezzo interstellare. Stabilisce l'equilibrio di pressione e l'equilibrio termico come principi organizzativi.

Lezione 1 • Astrobiologia e abitabilità

Valuta le condizioni fisiche e chimiche necessarie per la vita e il loro contesto astrofisico. Collega la scienza planetaria alla ricerca di biofirme.

Lezione 2 • Caratterizzazione e demografia degli esopianeti

Esamina le relazioni massa-raggio, la spettroscopia atmosferica e le statistiche di popolazione. Collega le misure dei singoli pianeti alle teorie più ampie sulla formazione.

Lezione 3 • Formazione e architettura del sistema solare

Presenta l'ipotesi nebulare, l'accrescimento planetesimale e la migrazione dei pianeti giganti. Fornisce la base di confronto per le architetture dei sistemi esoplanetari.

Lezione 4 • Interni e atmosfere planetarie

Analizza la struttura interna, il flusso di calore e la composizione atmosferica dei corpi del sistema solare. Costruisce l'intuizione fisica per interpretare le proprietà globali degli esopianeti.

Lezione 1 • Relazioni di scala delle galassie e survey

Presenta le relazioni di Tully-Fisher, Faber-Jackson e il piano fondamentale come indicatori di distanza e massa. Introduce le strategie delle grandi survey fotometriche e spettroscopiche.

Lezione 2 • Classificazione e morfologia delle galassie

Introduce la sequenza di Hubble, i tipi di galassie ellittiche, spirali e irregolari. Stabilisce il vocabolario morfologico per tutta l'analisi successiva delle galassie.

Lezione 3 • Popolazioni stellari ed evoluzione chimica

Distingue le stelle di Popolazione I, II e III e traccia i gradienti di metallicità. Collega l'archeologia stellare alla storia della formazione stellare delle galassie.

Lezione 4 • Dinamica galattica e curve di rotazione

Analizza le orbite stellari, le dispersioni di velocità e le misure delle curve di rotazione. Introduce la materia oscura come spiegazione per le curve di rotazione piatte.

Lezione 5 • Nuclei galattici attivi e feedback

Tratta la classificazione degli AGN, i modelli unificati e il ruolo del feedback del buco nero nello spegnimento della formazione stellare. Collega la fisica degli oggetti compatti all'evoluzione su scala galattica.

Lezione 1 • Struttura su larga scala e survey di galassie

Analizza la formazione della rete cosmica, le oscillazioni acustiche barioniche e le misure dello spettro di potenza. Collega la teoria delle perturbazioni lineari al clustering di galassie osservato.

Lezione 2 • Nucleosintesi del Big Bang e CMB

Traccia la produzione di elementi nei primi minuti e la formazione del fondo cosmico a microonde. Collega la fisica dell'universo primordiale ai test osservativi odierni.

Lezione 3 • Equazioni di Friedmann e dinamica cosmica

Presenta le equazioni di Friedmann che governano l'evoluzione del fattore di scala e introduce i parametri di densità. Gli studenti risolvono le storie di espansione per universi dominati da materia, radiazione ed energia oscura.

Lezione 4 • Materia oscura ed energia oscura

Valuta le evidenze della materia oscura da curve di rotazione, lenti gravitazionali e CMB, e dell'energia oscura dalle survey di supernovae. Introduce modelli candidati per ciascuna componente.

Lezione 5 • Universo in espansione e legge di Hubble

Deriva la legge di Hubble dalle velocità di recessione e introduce la costante di Hubble. Stabilisce l'espansione cosmica come fondamento di tutti i modelli cosmologici.

Lezione 1 • Reionizzazione e prime stelle

Traccia l'epoca della reionizzazione dalla formazione di stelle di Popolazione III ai fronti di ionizzazione guidati dai quasar. Collega la cosmologia dell'universo primordiale alle prime strutture luminose.

Lezione 2 • Fisica dei raggi cosmici e particelle di alta energia

Analizza la composizione, lo spettro energetico e i meccanismi di accelerazione dei raggi cosmici. Collega l'astrofisica delle particelle ai resti di supernova, ai getti AGN e alle osservazioni di neutrini.

Lezione 3 • Problemi aperti e osservatori futuri

Esamina le questioni irrisolte in astrofisica e le strutture progettate per affrontarle. Gli studenti valutano come gli strumenti di prossima generazione trasformeranno ciascun sottocampo.

Lezione 4 • Buchi neri supermassicci ed evoluzione dei quasar

Esamina la storia di crescita dei buchi neri supermassicci e la loro co-evoluzione con le galassie ospiti. Collega la fisica degli AGN del Capitolo 6 alle scale temporali cosmologiche.