Corso di astrofisica

Lezione 1 • Calcolo infinitesimale ed equazioni differenziali

Tratta derivate, integrali ed equazioni differenziali ordinarie essenziali per la modellizzazione dei sistemi fisici. Stabilisce il linguaggio matematico utilizzato in tutti i capitoli successivi.

Lezione 2 • Elettromagnetismo e teoria delle onde

Presenta le equazioni di Maxwell, la propagazione delle onde elettromagnetiche e i fondamenti della radiazione. Supporta direttamente la comprensione della luce, degli spettri e della radioastronomia.

Lezione 3 • Principi di meccanica classica

Tratta la dinamica newtoniana, la meccanica lagrangiana e le leggi di conservazione. Questi principi sono alla base della meccanica orbitale e dell'analisi della struttura stellare.

Lezione 4 • Fisica statistica e termica

Introduce la termodinamica, la teoria cinetica e le distribuzioni statistiche. Questi concetti sono fondamentali per le atmosfere stellari, la dinamica dei gas e i modelli cosmologici.

Lezione 1 • Ottica e progettazione dei telescopi

Spiega i progetti di telescopi riflettori e rifrattori, i rapporti focali e il potere risolutivo. Collega i principi ottici alla scelta dello strumento per obiettivi scientifici specifici.

Lezione 2 • Fotometria e spettroscopia

Insegna i sistemi di magnitudine, la fotometria a filtro e le tecniche di estrazione spettrale. Questi metodi forniscono luminosità, temperature e abbondanze chimiche delle sorgenti.

Lezione 3 • Strategie osservative multi-lunghezza d'onda

Esamina le finestre osservative radio, infrarosse, ottiche, a raggi X e raggi gamma e i loro limiti atmosferici. Prepara gli studenti a progettare campagne multi-lunghezza d'onda.

Lezione 4 • Rivelatori ed elaborazione dei segnali

Tratta le tecnologie dei rivelatori CCD, infrarossi e radio e le loro caratteristiche di rumore. Stabilisce come l'output grezzo del rivelatore viene convertito in misurazioni di flusso calibrate.

Lezione 1 • Atmosfere stellari e spettri

Modellizza il trasporto radiativo nelle atmosfere stellari e predice i profili delle righe spettrali. Collega i modelli atmosferici agli spettri osservati per la determinazione dei parametri.

Lezione 2 • Evoluzione stellare avanzata e stadi finali

Traccia l'evoluzione post-sequenza principale attraverso giganti rosse, nebulose planetarie e supernovae. Determina come la massa iniziale determini il tipo di resto compatto finale.

Lezione 3 • Equazioni della struttura stellare

Deriva le quattro equazioni della struttura stellare: equilibrio idrostatico, continuità della massa, trasporto dell'energia e generazione di energia. Costituisce il nucleo quantitativo della modellizzazione stellare.

Lezione 4 • Reazioni nucleari nelle stelle

Tratta le catene protone-protone, i cicli CNO e le reazioni di combustione dell'elio che alimentano le stelle. Collega i tassi di reazione alla luminosità stellare e ai tempi di vita in sequenza principale.

Lezione 1 • Corpi minori e rilevamento di esopianeti

Tratta asteroidi, comete e oggetti della fascia di Kuiper, poi introduce i metodi di rilevamento di esopianeti con transito e velocità radiale. Collega la scienza del sistema solare alla ricerca esoplanetaria.

Lezione 2 • Interni e superfici planetarie

Analizza i profili pressione-temperatura, la differenziazione e i processi superficiali su pianeti rocciosi e giganti. Collega i modelli interni alle osservazioni sismiche e gravitazionali.

Lezione 3 • Atmosfere planetarie e climi

Modellizza la composizione atmosferica, il bilancio radiativo e i meccanismi di feedback climatico. Applica questi modelli alle atmosfere di Terra, Venere, Marte e dei pianeti giganti.

Lezione 4 • Formazione del sistema solare

Presenta l'ipotesi nebulare, l'accrescimento del disco e i modelli di crescita dei planetesimi. Spiega il gradiente compositivo e l'architettura del sistema solare.

Lezione 1 • Processi di formazione stellare

Modellizza l'instabilità di Jeans, il collasso delle nubi e la formazione di dischi protostellari. Collega le proprietà delle nubi molecolari alla funzione di massa iniziale delle popolazioni stellari.

Lezione 2 • Cinematica e dinamica stellare

Applica l'equazione di Boltzmann non collisionale e le equazioni di Jeans per modellizzare i moti stellari. Collega le distribuzioni di velocità al potenziale gravitazionale sottostante.

Lezione 3 • Componenti e morfologia della Via Lattea

Descrive la struttura del disco, del bulge, dell'alone e dei bracci a spirale della Via Lattea. Stabilisce le basi osservative per comprendere l'architettura della nostra galassia.

Lezione 4 • Fisica del mezzo interstellare

Caratterizza le fasi del mezzo interstellare, incluse regioni HII, nubi molecolari e plasma caldo. Collega le proprietà dell'ISM alla formazione stellare e all'evoluzione galattica.

Lezione 1 • Relazioni di scala delle galassie

Tratta le relazioni di Tully-Fisher, Faber-Jackson e del piano fondamentale che collegano le osservabili galattiche alla massa. Queste relazioni servono come indicatori di distanza e sonde della formazione delle galassie.

Lezione 2 • Nuclei galattici attivi e quasar

Modellizza l'accrescimento su buchi neri supermassicci come motore dell'attività AGN e dei quasar. Collega il feedback AGN alla soppressione della formazione stellare nelle galassie massicce.

Lezione 3 • Classificazione e morfologia delle galassie

Presenta la sequenza di Hubble, i tipi di galassie ellittiche, a spirale e irregolari e le loro proprietà fisiche. Stabilisce il vocabolario osservativo per la ricerca extragalattica.

Lezione 4 • Ammassi di galassie e struttura su larga scala

Descrive le proprietà di gruppi e ammassi di galassie e della ragnatela cosmica. Utilizza dati a raggi X, ottici e di lente gravitazionale debole per misurare le masse degli ammassi e le frazioni di barioni.

Lezione 1 • Fondamenti di relatività generale

Introduce il principio di equivalenza, la curvatura dello spaziotempo e le equazioni di campo di Einstein. Fornisce il quadro geometrico necessario per analizzare gli ambienti degli oggetti compatti.

Lezione 2 • Astrofisica delle onde gravitazionali

Deriva l'emissione di onde gravitazionali da sistemi binari e spiega i principi di rilevamento interferometrico. Collega i parametri della forma d'onda alle masse, agli spin e alle distanze delle sorgenti.

Lezione 3 • Fisica dei buchi neri

Analizza le soluzioni di Schwarzschild e Kerr, gli orizzonti degli eventi e le ergosfere. Applica queste metriche all'accrescimento, alle orbite fotoniche e alle firme osservative.

Lezione 4 • Binarie a raggi X e fisica dell'accrescimento

Studia il trasferimento di massa nei sistemi binari, gli spettri dei dischi di accrescimento e la variabilità nei raggi X. Collega la fisica dell'accrescimento alle proprietà osservative delle transitorie e pulsar a raggi X.

Lezione 1 • Energia oscura e vincoli cosmologici

Presenta le prove dell'espansione accelerata dalle supernovae di Tipo Ia, BAO e dati della CMB. Valuta i modelli a costante cosmologica e di energia oscura dinamica rispetto ai vincoli attuali.

Lezione 2 • Cosmologia di Friedmann ed espansione

Deriva le equazioni di Friedmann dalla relatività generale e le risolve per diversi contenuti energetici. Stabilisce il quadro matematico per tutti i modelli cosmologici standard.

Lezione 3 • Nucleosintesi del Big Bang

Modellizza la produzione di elementi leggeri nei primi tre minuti utilizzando reti di reazioni nucleari. Confronta le abbondanze previste di idrogeno, elio e litio con le osservazioni.

Lezione 4 • Inflazione e formazione delle strutture

Introduce i modelli inflazionari che risolvono i problemi dell'orizzonte e della piattezza e generano le perturbazioni di densità primordiali. Traccia come le fluttuazioni quantistiche crescano fino a formare la ragnatela cosmica osservata.