ELEMENTI DI ASTRONOMIA GALATTICA E COSMOLOGIA

Anno accademico 2022/2023 - Docente: Alessandro Carmelo LANZAFAME

Risultati di apprendimento attesi

Obiettivo dell'insegnamento è quello di introdurre i concetti fondamentali dell’Astronomia Galattica e della Cosmologia teorica e osservativa, soprattutto in relazione alle loro interconnessioni per l’indagine scientifica sulla formazione ed evoluzione delle componenti e delle strutture dell’Universo. Sulla base di tali concetti si illustra la rilevanza dei recenti sviluppi della Formazione Stellare, dell’Archeologia Galattica e della Cosmologia di Campo Vicino.

Conoscenza e capacità di comprensione

Gli studenti acquisiranno una comprensione critica dei processi fisici alla base della formazione ed evoluzione delle stelle, dei sistemi stellari, delle galassie e delle strutture su grande scala dell’Universo. Questo include la comprensione del ruolo della gravitazione, della materia barionica e non-barionica e della energia oscura nei modelli cosmologici nonché dei principi del metodo deduttivo in questo campo di ricerca.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione

Gli studenti acquisiranno la capacità di applicare i concetti alla soluzione di problemi relativi alla formazione stellare, alla cinematica dei sistemi stellari e della Galassia, all’evoluzione chimica della Galassia, alle strutture e popolazioni stellari della Galassia e all’evoluzione delle componenti principali dell’Universo.

Autonomia di giudizio

Gli studenti acquisiranno la capacità di mettere in relazione i dati osservativi con i modelli teorici ed elaborare esperimenti, anche a livello concettuale, per rivelare possibili deviazioni dalle previsioni dei modelli.

Abilità comunicative

Gli studenti acquisiranno padronanza dei concetti fondamentali della Cosmologia e dell’Astronomia Galattica, inclusi quelli relativi ai nuovi sviluppi nel campo della Formazione Stellare, dell’Archeologia Galattica e della Cosmologia di Campo Vicino, e saranno in grado di comunicare tali concetti a interlocutori specialisti e non specialisti.

Capacità di apprendere

Gli studenti si confronteranno con la letteratura di base riguardante l’Astronomia Galattica e la Cosmologia e saranno in grado di orientarsi, con spirito critico, nella letteratura scientifica per l’approfondimento di specifici argomenti.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

I concetti principali sono esposti mediante lezioni frontali, che includono esempi applicativi. L’efficacia dell’apprendimento è monitorata mediante esercitazioni scritte e prove in itinere.

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

Prerequisiti richiesti

Conoscenze di base di meccanica newtoniana, elettrodinamica e relatività speciale.

Frequenza lezioni

La frequenza al corso è di norma obbligatoria (consultare il Regolamento Didattico del Corso di Studi)

Contenuti del corso

Parte I

Stelle

Misure astronomiche. Proprietà delle stelle. Popolazioni stellari. Il mezzo interstellare. Formazione stellare. Ammassi stellari.

Galassie

Morfologia delle galassie. Componenti della Galassia. Cinematica degli ammassi stellari. Cinematica delle galassie. Introduzione alla dinamica degli ammassi stellari. Introduzione alla dinamica galattica.

Parte II

Proprietà osservate dell’Universo

La scala cosmica delle distanze. La legge di Hubble. Il fondo cosmico della radiazione. Ammassi di galassie e struttura su grande scala dell’Universo.

Parte III

Modelli cosmologici

Introduzione alla relatività generale. Il principio cosmologico. La metrica di Robertson-Walker. La costante di Hubble. Il redshift. Il parametro di decelerazione. Materia barionica e non-barionica. L’energia oscura. Modello LCDM.  Modelli di Friedmann. Formazione delle strutture dell’Universo. Cosmologia di campo vicino. Storia termica dell’Universo. Universo inflazionario.

Testi di riferimento

Testi

[1] J. Binney, Merrifield M., Galactic Astronomy, Princeton University Press (1998)

[2] J. Rich, “Fundamentals of Cosmology”, Springer-Verlag, 2001

Consultazione:

T. Padmanabhan, “Theoretical Astrophysics”, Cambridge University Press, 2000

P. Coles & F. Lucchin, “Cosmology. The Origin and Evolution of Cosmic Structure”, Wiley & Sons, 1995

S. Bonometto, “Cosmologia & Cosmologie, Zanichelli, 2008

M. S. Longair,  “Galaxy Formation”, Springer, 2008


Programmazione del corso

 ArgomentiRiferimenti testi
1Parte I: Stelle e Galassie[1]
2Parte II: Proprietà osservate dell'Universo[2]
3Parte III: Modelli cosmologici[2]

VERIFICA DELL'APPRENDIMENTO

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame di profitto è composto di una prova orale. Prove scritte in itinere sono proposte alla fine di ognuna delle tre parti che compongono il corso per una verifica dell’apprendimento ma non concorrono alla valutazione finale.

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

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

Le domande di seguito riportate non costituiscono un elenco esaustivo ma rappresentano solo alcuni esempi

Descivere l'evoluzione temporale della energia della materia barionica e della cold dark matter.

Descrivere la storia termica dell'Universo secondo le equazioni di Friedmann.

Descrivere le componenti principali della Galassia.

Stimare l'età dell'Universo all'equvalenza materia-radiazione e materia-energia oscura per diverse stime dei parametri cosmologici.

Stimare il redshift corrispondente a diversi elementi della scala cosmica delle distanze.

Descrivere le condizioni che portano alla sopravvivenza o alla dispersione di un ammasso stellare giovane nella Galassia.

Descrivere le caratteristiche cinematiche di una galassia sferoidale e di una galassia a disco