Astrofisica generale 1

A.A. 2024/2025
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/05
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento si propone di fornire agli studenti un quadro generale e completo della fisica stellare. Partendo dalle proprietà fondamentali delle stelle dedotte direttamente dalle osservazioni (fotometria, spettroscopia, parallasse, misure di massa in sistemi binari), si discutono i modelli che descrivono l'equilibrio, la produzione di energia, e l'evoluzione delle stelle. In questo percorso vengono via via introdotte molte delle grandezze fisiche e dei concetti di uso generale in Astrofisica, necessari anche come base per intraprendere il corso di Astrofisica Generale II.
Risultati apprendimento attesi
Lo studente al termine dell'insegnamento avrà acquisito le seguenti abilità:
1. sarà in grado di utilizzare correttamente i concetti di base quali luminosità e magnitudine (relativa e assoluta), brillanza superficiale, densità di flusso, temperatura efficace, raggio di luminosità.
2. saprà descrivere le principali proprietà di uno spettro stellare, la radiazione continua, le righe di assorbimento
3. Saprà calcolare velocità relative da misure dell'effetto Doppler nelle righe spettrali, nonchè valutare gli effetti di temperatura e pressione dal profilo delle righe di assorbimento
4. sarà in grado di discutere le proprietà princilali del Sole, la sua struttura, il suo ciclo, la sua attività magnetica, le caratteristiche della forosfera, della cromosfera e della corona.
5. avrà padronanza dei meccanismi di produzione di energia nucleare nelle stelle, e delle evidenze sulle condizioni interne attraverso l'eliosismologia e la fisica del neutrino
6. avrà padronanza delle equazioni di equilibrio stellare, e dei meccanismi di trasporto radiativo e convettivo all'interno della stella
7. sarà in grado di discutere l'evoluzione stellare per stelle di masse diverse, fino alle loro fasi finali
8. saprà discutere le proprietà del gas degenere, la natura delle nane bianche e delle stelle di neutroni, le condizioni per la formazione di un buco nero stellare
9. sarà in grado di calcolare distanze astronomiche deducibili da osservazioni di proprietà stellari, in particolare attraverso misure di parallasse trigonometrica, parallasse spettroscopica, misura di variabili cefeidi, supernovae di tipo Ia.
Corso singolo

Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.

Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Periodo
Primo semestre

Programma
1) Proprietà fondamentali delle stelle
- Radiazione continua dalle stelle. Brillanza. Spettro elettromagnetico. Legge di Planck. Indici di colore. Distanze e magnitudini assolute.
- Righe spettrali nelle stelle. Tipi spettrali. Formazione delle righe spettrali. Diagramma Hertzsprung-Russell.
- Stelle binarie e masse stellari. Effetto Doppler in orbite circolari. Orbite ellittiche. Masse e raggi stellari.
- Il Sole come stella tipica. Struttura fondamentale. Elementi di teoria del trasporto radiativo. Fotosfera, Cromosfera, Corona. Attività solare.

2) Energia e struttura stellare
- Energia nelle stelle. Sorgenti dell'energia stellare. Astrofisica nucleare: formazione degli elementi. Catena protone-protone. Ciclo del Carbonio. Elementi pesanti.
- Struttura stellare e modelli. Equilibrio idrostatico. Equazioni dell'equilibrio stellare. Trasporto radiativo e convettivo di energia. Abbondanze cosmiche. Modelli stellari. Modello solare. Eliosismologia. Neutrini solari.

3) Evoluzione stellare
- Evoluzione di stelle di massa solare. Oltre la sequenza principale. Giganti. Variabili Cefeidi. Nebulose planetarie. Gas degenere. Nane bianche.
- La fase finale delle stelle massicce. Supernovae e resti di SNe. Stelle di neutroni. Pulsars. Raggio di Schwarzschild, buchi neri.
Onde gravitazionali: astronomia multi-messenger
- Evoluzione di binarie compatte. Sistemi compatti con una nana bianca. Sistemi binari. con stelle di neutroni, con un buco nero. Esempi di
sistemi compatti.
- La scala delle distanze: Dalla parallasse trigonometrica alle SNe Ia.
Prerequisiti
Si assume il completamento della Laurea triennale in fisica, o un background equivalente.
Metodi didattici
Lezioni frontali di teoria con esempi ed esercizi. La frequenza è fortemente consigliata.
Materiale di riferimento
Il materiale didattico utilizzato (slides, articoli) viene reso disponibile agli studenti sul sioto Ariel dopo ogni lezione. Diversi libri di testo vengono consigliati per le diverse parti del corso.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
La verifica è un colloquio orale. Si richiede una comprensione critica degli argomenti svolti, compresa la capacità di discutere situazioni non direttamente esposte a lezione in un dialogo guidato dal docente.
FIS/05 - ASTRONOMIA E ASTROFISICA - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente/i
Ricevimento:
Su appuntamento
Laboratorio di Strumentazione Spaziale, Dipartimento di Fisica (via Celoria 16, Milano)