ASTROPHYSICS

Il corso tratta aspetti fondamentali dell’Astrofisica moderna e dà allo studente la possibilità di padroneggiarli in contesti di ricerca, divulgazione ed educazione nell’ambito delle Scienze dell’Universo. Le lezioni sono focalizzate sulla teoria della formazione delle stelle e dei sistemi planetari e sulla struttura ed evoluzione stellare. Vengono evidenziati in modo particolare i concetti di base e le applicazioni che hanno vaste implicazioni per l’Astronomia Galattica e la Cosmologia.

Conoscenza e capacità di comprensione. Comprensione critica dei meccanismi di formazione stellare, della struttura ed evoluzione stellare a partire da principi primi. Comprensione critica delle connessioni con ambiti affini.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione. Capacità di identificare gli elementi essenziali dei fenomeni astrofisici, in termini di ordine di grandezza e di livello di approssimazione necessario, ed essere in grado di effettuare le approssimazioni richieste. Capacità di identificazione della struttura teorica comune a diversi ambiti e di utilizzare lo strumento della analogia per applicare soluzioni conosciute a nuovi problemi e in diversi contesti astrofisici.

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. Competenze specifiche per una corretta ed efficace comunicazione delle conoscenze acquisite.

Capacita di apprendimento. Acquisizione di adeguati strumenti conoscitivi per l'aggiornamento continuo delle conoscenze e della capacità di accedere alla letteratura specializzata nel campo dell’Astrofisica e in campi affini.

I concetti principali sono esposti mediante lezioni frontali, che includono esempi applicativi.

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.

Informazioni per studenti con disabilità e/o DSA. A garanzia di pari opportunità e nel rispetto delle leggi vigenti, gli studenti interessati possono chiedere un colloquio personale in modo da programmare eventuali misure compensative e/o dispensative, in base agli obiettivi didattici ed alle specifiche esigenze. E' possibile rivolgersi anche al docente referente CInAP (Centro per l’integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) del Dipartimento di Fisica

Conoscenze indispensabili: Meccanica classica. Meccanica dei fluidi. Elettromagnetismo. Termodinamica.

Conoscenze importanti: Fisica Atomica. Fisica Nucleare.

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

PRINCIPI FONDAMENTALI DELLA STRUTTURA ED EVOLUZIONE STELLARE. Sistemi di riferimento, distribuzione in massa e campi gravitazionali in simmetria sferica. Descrizione Euleriana e Lagrangiana. Conservazione dell'impulso. Il teorema del viriale. Conservazione dell'energia. Trasporto dell'energia. Instabilità dinamiche. Convezione. Composizione chimica. Equazioni dell'evoluzione stellare. L'equazione di stato della materia stellare. Opacità. Produzione di energia nucleare.

MODELLI DI STRUTTURA STELLARE. Politropi. Massa limite di Chandrasekhar. Sfere isoterme. Relazioni di omologia. La sequenza principale di età zero. La traccia di Hayashi. Stabilità dinamica.

FORMAZIONE DELLE STELLE E DEI PIANETI. Instabilità gravitazionale. Collasso di una nube sferica. Contrazione verso la sequenza principale. Caratteristiche delle stelle di pre-sequenza principale. Fenomeni di accrescimento e formazione dei sistemi planetari.

EVOLUZIONE STELLARE. Evoluzione in sequenza principale. Evoluzione oltre il bruciamento dell'elio. Evoluzione nel ramo asintotico delle giganti. Fasi avanzate dell'evoluzione del core. Esplosioni finali e collasso.

OGGETTI COMPATTI: Nane Bianche. Stelle di Neutroni. Buchi Neri.

OSCILLAZIONI DELLE STELLE E ASTEROSISMOLOGIA. Oscillazioni radiali e non radiali delle stelle. Principi e applicazioni dei modelli astrosismici.

[1] Kippenhahn R., Weigert A., Weiss A., “Stellar Structure and Evolution”, 2nd edition, Springer-Verlag 2012

[2] T. Padmanabhan, “Theoretical Astrophysics”, Cambridge University Press, 2001

[3] Stahler S.W., Palla F., “The Formation of Stars”, Wiley-VCH, 2005

[4] A. Lanzafame, "Notes on the Astrophysics course", 2024

[5] Sarbani Basu & William J. Chaplin, "Asteroseismic data analysis - Foundation and techniques", Princeton series in modern observational Astronomy, 2017

L’esame di profitto è composto di una prova orale. Prove scritte in itinere possono essere proposte per una verifica dell’apprendimento ma non concorrono alla valutazione finale.

La prova orale consiste nel discutere tre argomenti trattati durante il corso, uno dei quali a scelta dello studente. Si valuterà la chiarezza dell'esposizione, il rigore logico, la padronanza dell'argomento e la capacità di applicazione dei concetti appresi a casi particolari.

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

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

Quali sono le condizioni di stabilità di una nube sferica isoterma?

Quali sono le differenze tra l'evoluzione in sequenza principale di stelle di piccola e grande massa?

Come si ricava la massa di Jeans?

Quali sono i tempi scala rilevanti dell'evoluzione stellare?

Cos'è la traccia di Hayashi?

Come si può calcolare la massa limite di Chandrasekhar?

Come si forma una stella di neutroni?

Quali sono i meccanismi fisici che generano i pulsi termici nel ramo asintotico delle giganti?

Cosa si intende per flash dell'elio?

Quali sono i meccanismi fisici fondamentali del fenomeno di collasso di supernova?