EARLY UNIVERSE

Anno accademico 2026/2027 - Docente: GIUSEPPE PUGLISI

Risultati di apprendimento attesi

Conoscenza delle moderne teorie per la formazione della struttura su grande scala dell'universo. 

Conoscenza degli strumenti statistici di base, quali funzione di correlazione e spettro di potenza, in processi stocastici gaussiani. 

Conoscenza dei modelli cosmologici dominati da materia oscura e energia oscura. 

Abilità mirate alla caratterizzazione delle perturbazioni, della loro evoluzione, e del loro confronto con le osservazioni. 

Conoscenza dei principali meccanismi di anisotropia in temperatura e polarizzazione del fondo cosmico, anche in un contesto general relativistico. 

Abilità mirate alla interpretazione dei risultati dei satelliti COBE, WMAP, Planck. 

Conoscenza dei prossimi esperimenti da terra e dallo spazio mirati allo studio della formazione ed evoluzione della struttura su grande scala dell'universo: Euclid, LiteBIRD, Simons Observatory,  DESI, Rubin, Roman.

Modalità di svolgimento dell'insegnamento

Qualora l’insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno

essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto sopra dichiarato, al

fine di rispettare il programma previsto e riportato nel presente syllabus.

Prerequisiti richiesti

  • General Relativity
  • FRLW Cosmology 
  • Dynamics of Isotropic and homogeneous universe 
  • Extra-galactic Astronomy 
  • Classical Electrodynamics
  • Quantum mechanics

Contenuti del corso

1. Introduction

  • Current status of cosmology: the Standard Model and its open questions 
  • Intro on General Relativity and Tensor calculus
  • Recap from Background Cosmology and Astrophysics of necessary basic concepts: Friedmann equations, Robertson-Walker metric, distances in cosmology, magnitudes)
  • Standard candles and discovery of accelerated expansion
  • Big Bang nucleosynthesis 

2. Cosmological Perturbations

  • Boltzmann Equation and distribution function. Collision Term
  • Photon Perturbations
  • Baryons Perturbations
  • Dark Matter Perturbations
  • Neutrino Perturbations

3. Metric Perturbations

  • Scalar Perturbations
  • Tensor Perturbations

4. The primordial seeds

  • Initial conditions
  • Flatness problem
  • Horizon problem
  • Inflationary paradigm
  • Slow-roll solution
  • Inflaton particle field
  • Gravitational wave production
  • Curvature fluctuation production
  • Power spectrum of primordial fluctuations

5. Large Scale Structures

  • Gravitational instability
  • Matter Power spectrum

6. Cosmic Microwave Anisotropies

  • The photon-baryon fluid
  • Production of Acoustic oscillations
  • CMB power spectra

7. Observables and future experimental efforts



Testi di riferimento

  • S. Dodelson, "Modern Cosmology", Academic Press, Ed. 2 
  • Baumann, "Cosmology", Cambridge University Press 
  • E. Kolb & M. Turner, "The Early Universe", CRC Press
  • J. Peebles, "The large scale structure of the universe", Princeton University Press

Verifica dell'apprendimento

Modalità di verifica dell'apprendimento

Ad ogni studente verra' assegnato un esercizio o un piccolo progetto di ricerca da svolgere a casa. I risultati verranno discussi e presentati durante l'esame orale. 

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

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 Disabilit. e/o i DSA) del proprio Dipartimento (https://www.cinap.unict.it/content/referenti).

Esempi di domande e/o esercizi frequenti

 Warm up questions 


(a) What is conformal time? Why is it useful?

(b) How do the energy densities in radiation (ρr), matter (ρm) and a cosmological constant (ρΛ)evolve with the scale factora(t)?(

c) What is a(t) for a flat universe dominated by radiation, matter or a cosmological constant?What is a(η) for the same cases?

(d) What is the redshift of matter-radiation equality if Ωr= 9.4×10−5and Ωm= 0.32?

(e) Show in the context of expanding FRW models that if the combination ρ+ 3 Pis alwayspositive, then there was a Big Bang singularity in the past