HIGH ENERGY ASTROPHYSICS

I risultati che ci si attende siano conseguiti alla conclusione positiva del percorso formativo relativo al corso riguardano la conoscenza dei principali processi fisici responsabili dell’emissione e della propagazione di radiazione e particelle ad alta energia in contesti astrofisici, nonché dei principali fenomeni e delle principali sorgenti galattiche ed extragalattiche di alta energia.

In particolare, con riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, il corso si propone di fornire le seguenti conoscenze e capacità:

Conoscenza e capacità di comprensione

• conoscere e comprendere i principali processi fisici alla base dell’astrofisica delle alte energie;

• conoscere i principali fenomeni e le principali sorgenti di alta energia in ambito galattico ed extragalattico, incluse supernovae, resti di supernova, nuclei galattici attivi e sorgenti compatte;

• comprendere il significato e il ruolo dell’astronomia multimessaggera nello studio dei fenomeni astrofisici ad alta energia.

• applicare i concetti e i modelli fisici studiati all’interpretazione dei fenomeni astrofisici ad alta energia;

• identificare i principali processi fisici responsabili delle emissioni osservate da diverse classi di sorgenti astrofisiche;

• interpretare qualitativamente e, ove appropriato, quantitativamente osservazioni e fenomeni associati a radiazione elettromagnetica, raggi cosmici e neutrini;

• utilizzare le conoscenze acquisite per analizzare semplici problemi relativi ai processi radiativi e alle interazioni di particelle e radiazione in ambienti astrofisici.

• valutare criticamente l’adeguatezza dei diversi processi fisici nell’interpretazione di un fenomeno o di un’osservazione astrofisica;

• confrontare differenti scenari fisici per l’origine delle emissioni ad alta energia;

• interpretare i risultati di semplici analisi e formulare conclusioni motivate sulla base delle conoscenze fisiche acquisite;

• riconoscere i principali limiti e le principali assunzioni dei modelli fisici utilizzati nella descrizione delle sorgenti astrofisiche ad alta energia.

• utilizzare in modo appropriato la terminologia propria dell’astrofisica delle alte energie;

• descrivere e discutere i principali processi fisici e fenomeni astrofisici studiati durante il corso in modo chiaro e rigoroso;

• presentare e discutere semplici problemi e risultati relativi all’astrofisica delle alte energie utilizzando il formalismo fisico e matematico appropriato.

• utilizzare le conoscenze acquisite come base per lo studio autonomo di argomenti più avanzati di astrofisica, fisica delle particelle e astronomia multimessaggera;

• individuare e utilizzare fonti bibliografiche e risorse scientifiche appropriate per approfondire i temi trattati;

• acquisire la capacità di affrontare autonomamente nuovi problemi e fenomeni astrofisici attraverso l’applicazione dei principi fisici appresi.

L’attività didattica consiste in lezioni frontali ed esercitazioni (integrate - ove disponibile -  dalla partecipazione ad attività seminariali nell’ambito dell’astrofisica delle alte energie). Le esercitazioni prevedono la risoluzione, sia guidata sia autonoma, di esercizi applicativi. Potranno essere adottate metodologie didattiche innovative, quali flipped classroom, brainstorming e cooperative learning.

Qualora l’insegnamento venga erogato in modalità mista o a distanza, potranno essere apportate le necessarie variazioni alle modalità di svolgimento descritte nel presente syllabus, al fine di garantire, per quanto possibile, il raggiungimento delle finalità formative e lo svolgimento dei contenuti previsti dal corso, riportati rispettivamente nelle sezioni “Risultati di Apprendimento Attesi” e “Contenuti del corso”.

CONCETTI INTRODUTTIVI

Concetti di base dell’astrofisica dei processi ad alta energia e loro applicazione ai contesti astrofisici; osservazione del cielo nelle diverse bande dello spettro elettromagnetico; astrofisica dei raggi cosmici e altre forme di astronomia non elettromagnetica.

PROCESSI FISICI

Perdite di energia per ionizzazione; emissione di radiazione da parte di particelle cariche accelerate e bremsstrahlung  degli elettroni; radiazione di sincrotrone; interazioni dei fotoni ad alta energia; interazioni nucleari.

ASTROFISICA GALATTICA ED EXTRAGALATTICA DELLE ALTE ENERGIE

Supernovae e transienti simili (inclusi il loro ruolo nell’astronomia multimessaggera e l’emissione di neutrini ad alta energia nelle supernovae interagenti); resti di supernova; nuclei galattici attivi; sorgenti extragalattiche compatte e moti "superluminali".

Contributo dell’insegnamento agli obiettivi dell’Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile

Il corso contribuisce agli obiettivi dell’Agenda 2030 principalmente attraverso lo sviluppo di una formazione scientifica avanzata (SDG 4 – Istruzione di qualità) e di competenze nell’ambito della ricerca e dell’innovazione tecnologica (SDG 9 – Imprese, innovazione e infrastrutture) oltre che favorire una prospettiva interdisciplinare e internazionale, in linea con l’SDG 17 – Partnership per gli obiettivi.

Testo principale (libro n. 1):

1. Malcolm S. Longair, High-Energy Astrophysics, Cambridge University Press.

Per consultazione o approfondimenti:

• Rosswog et al., Introduction to High-Energy Astrophysics, Cambridge University Press;
• Courvoisier, High Energy Astrophysics: An Introduction, Springer;
• Rybicki & Lightman, Radiative Processes in Astrophysics, Wiley.

Potrà inoltre essere fornito del materiale integrativo (ad es. articoli scientifici, slide di seminari e pagine web) a integrazione dei contenuti del testo principale. Queste risorse hanno lo scopo di stimolare l’interesse degli studenti verso specifici argomenti e di ampliare la loro conoscenza dello stato dell’arte nel campo dell’astrofisica delle alte energie.

La valutazione si basa su una prova orale ed è necessario preparare una presentazione, propedeutica a tale prova, su uno o più argomenti inclusi nella sezione "Contenuti del corso". L'oggetto della presentazione verrà scelta dallo studente in accordo con il docente.

La prova orale, della durata tipica di 40-50 minuti, consiste nella: 1) esposizione della presentazione e 2) trattazione di alcuni ulteriori argomenti inclusi nella sezione "Contenuti del corso".

Alla formulazione del voto finale concorreranno in egual misura la padronanza mostrata nelle argomentazioni qualitative e quantitative, la visione critica degli argomenti affrontati e la chiarezza espositiva. 

N.B.: la verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere. 

DATE DEGLI ESAMI

Si controllino le seguenti pagine web: 

• https://studenti.smartedu.unict.it 
• https://www.dfa.unict.it/corsi/lm-17/esami

Si ricorda che è OBBLIGATORIA LA PRENOTAZIONE agli esami tramite la piattaforma Smart_Edu. Gli studenti non prenotati non potranno accedere agli esami.

INFORMAZIONI PER STUDENTI CON DISABILITA' E/O DSA 

A garanzia delle pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio riservato con il docente in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. E' possibile altresì rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro l'Integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o DSA) presso il DFA.

• «Presenti e discuta in dettaglio uno dei seguenti processi radiativi di interesse astrofisico: bremsstrahlung, radiazione di sincrotrone, scattering Compton o scattering Compton inverso, descrivendone il meccanismo fisico, lo spettro prodotto e le principali applicazioni astrofisiche»;
• «Parli dell'emissione neutrinica ad alta energia in Supernovae interagenti»;
• «Descriva l'evoluzione della curva di luce di una Supernova di tipo II-P, collegandola alla struttura e alla composizione del progenitore al momento del collasso, al meccanismo fisico responsabile dell'esplosione e ai principali processi di produzione, deposito e trasporto dell'energia nel materiale eiettato»;
• «Descriva la struttura di un nucleo galattico attivo e discuta i principali processi di emissione associate alle diverse componenti della sorgente».