COSMIC STRUCTURE FORMATION

Gli studenti dovranno apprendere i fondamenti della cosmologia e della formazione delle strutture nel nostro Universo. Il corso tratterà approcci analitici e numerici al collasso gravitazionale (con e senza pressione), ai processi termodinamici e al trasferimento radiativo cosmologico, illustrando come questi processi plasmino la formazione delle prime strutture di materia oscura, delle prime stelle e galassie, l'evoluzione delle galassie e il mezzo intergalattico. Durante le lezioni verranno forniti esempi tematici.

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

Basi di fisica classica, relatività generale, processi radiativi, analisi di Fourier e conoscenze di base di programmazione in Python/C.

1. L'Universo omogeneo
   (a) Distanza
   (b) Dinamica

2. Strutture di Materia Oscura
   (a) Evoluzione lineare delle perturbazioni di densità
   (b) Modello del collasso sferico per l'evoluzione non lineare
   (c) Formalismo dell'excursion-set e funzioni di massa degli aloni
   (d) Teoria delle perturbazioni lagrangiane: approssimazione di Zel'dovich
   (e) Simulazioni N-body
   (f) Il modello dell'alone
3. Strutture Barioniche
   (a) La formazione delle galassie
   i. Evoluzione lineare con pressione
   ii. Massa di Jeans cosmologica
   iii. Evoluzione termica del gas in collasso
   iv. Le prime stelle e i primi buchi neri
   v. Modelli analitici di evoluzione delle galassie e formazione stellare
   vi. Tendenze empiriche della formazione delle galassie
   vii. Abundance matching
   viii. Trasferimento radiativo
   (b) Il mezzo intergalattico
   i. Evoluzione della ionizzazione: l'Epoca della Reionizzazione
   ii. Evoluzione della densità e sottostrutture di HI
   iii. Evoluzione termica
   iv. Il segnale cosmico a 21 cm

Il materiale didattico sarà reso disponibile durante le lezioni.

A ciascuno studente verrà assegnato un esercizio o un piccolo progetto di ricerca, i cui risultati costituiranno il punto di partenza per la discussione durante l’esame orale.  L’obiettivo è verificare il livello di comprensione dei concetti fondamentali, delle loro applicazioni e del collegamento con le osservazioni.

• Descrivi il modello dell'alone (halo model) e le sue applicazioni
• Come evolve la temperatura media dell'Universo con il tempo cosmico? Quali sono i processi fisici rilevanti in ciascuna epoca?