SPACE PHYSICS
Anno accademico 2022/2023 - Docente: Giulio MANICO'Risultati di apprendimento attesi
Il corso si propone di fornire allo studente lo stato dell’arte della ricerca osservativa, teorica e sperimentale relativa ad alcuni processi di interazione delle componenti gassosa e solida tra loro e con il campo di radiazione nel Mezzo Interstellare (ISM); particolare attenzione viene dedicata ai processi di formazione e di distruzione di alcune specie molecolari chiave che, favorendo il collasso gravitazionale, regolano il tasso di formazione delle stelle e di conseguenza determinano la struttura e la dinamica delle galassie. Particolare attenzione verrà anche dedicata alle simulazioni di laboratorio che, in anni recenti, hanno posto su sicure basi galileiane tutto l'argomento.
In particolare, e con riferimento ai cosiddetti Descrittori di Dublino, il corso si propone di fornire le seguenti conoscenze e capacità.
Conoscenza e capacità di comprensione (Knowledge and understanding abilities)
Conoscenza dei principali aspetti fenomenologici relativi al mezzo interstellare e comprensione delle loro implicazioni fisiche e della loro descrizione matematica, al fine di maturare una capacità di riflettere su questioni di scienza che presenti dei tratti di originalità.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione (Applying knowledge and understanding abilities)
Capacità di riconoscere le principali leggi fisiche che descrivono un fenomeno astrofisico, e di applicarle per risolvere problemi ed esercizi in ambiti diversi e a diversi livelli di complessità, e quindi di approssimazione, con l'uso di strumenti matematici appropriati.
Autonomia di giudizio (Ability of making judgements)
Capacità di stimare e calcolare l'ordine di grandezza delle variabili che descrivono un fenomeno astrofisico. Capacità di discernere il livello di importanza di una legge fisica. Capacità di saper valutare il Modello Fisico ed il corrispondente Modello Matematico che meglio si applicano alla descrizione di un processo astrofisico e quindi alla soluzione di problemi quantitativi.
Abilità comunicative (Communication skills)
Capacità di esporre concetti scientifici propri dell'Astrofisica ma anche, e più in generale, informazioni, idee, problemi e soluzioni con proprietà e senza ambiguità di linguaggio, a diversi livelli e a diversi interlocutori, sia specialisti e che non specialisti.
Capacità di apprendimento (Learning skills)
Capacità di apprendimento dei concetti scientifici propri dell'Astrofisica, necessari per intraprendere studi successivi con un alto grado di autonomia.
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lo svolgimento del corso avverrà tramite lezioni frontali.
Prerequisiti richiesti
Laurea triennale in Fisica, nel corso della quale siano state apprese le seguenti conoscenze: meccanica classica, termodinamica, fluidodinamica, ottica, elettromagnetismo, meccanica quantistica, struttura atomica, struttura molecolare, struttura dei solidi, interazione radiazione-materia, programmazione dei calcolatori, fondamenti di analisi numerica.
Frequenza lezioni
https://www.dfa.unict.it/sites/default/files/files/regolamento_didattico%20LM17-2022_2023.pdf
Contenuti del corso
1 – Il mezzo interstellare
Evidenze osservative della presenza del mezzo interstellare – Distribuzione del mezzo interstellare nella Galassia - Struttura multifase del mezzo interstellare – Nubi dense e molecolari – Nubi diffuse – Mezzo internubi – Gas coronale – Processi di raffreddamento e di riscaldamento nelle nubi.
2 – Il gas interstellare
Evidenze osservative – Composizione – Componente atomica e componente molecolare – Le specie più importanti: H, H2, H2O, CO, CO2 ecc. – Idrocarburi policiclici aromatici – Fullereni.
3 – Le polveri interstellari
Evidenze osservative della presenza di polveri interstellari – Abbondanza delle polveri – Composizione – Distribuzione in dimensioni dei grani interstellari – Morfologia – I mantelli ghiacciati sui grani - Importanza della presenza delle polveri – Siti di formazione dei grani interstellari.
4 – Formazione di molecole in fase gassosa
Classificazione delle reazioni in fase gassosa in base alle rate constants - Processi di dissociazione indotta
da fotoni UV nel mezzo diffuso e da particelle energetiche in quello denso - Modellizzazioni numeriche dell'arricchimento chimico delle nubi.
5 - Interazione gas-polveri
Fisisorbimento e chemisorbimento - Mobilità delle specie adsorbite - Grani delle polveri come catalizzatori – Meccanismi della catalisi eterogenea - Tecniche sperimentali di investigazione delle reazioni catalizzate sulla superficie dei grani - Risultati principali.
6 – Interazione di particelle energetiche con i grani interstellari
Cenni sui raggi cosmici – Interazione di ioni veloci con i solidi – Tecniche sperimentali di investigazione dei processi chimico-fisici indotti dai raggi cosmici.
7 – Interazione tra stelle e mezzo interstellare
Sfere di Stroemgren – Generazione e propagazione di onde d’urto nel mezzo interstellare.
Testi di riferimento
- A.G.G.M. Tielens: The Physics and Chemistry of the Interstellar Medium, Cambridge University Press (2005).
- T.J. Millar and D.A. Williams (eds): Dust and Chemistry in Astronomy, CRC Press (2019).
- V. Pirronello, J. Krelowski, G. Manicò (eds): Solid State Astrochemistry, Kluwer (2003).
- Diapositive proiettate a lezione.
| Autore | Titolo | Editore | Anno | ISBN |
|---|---|---|---|---|
| A.G.G.M. Tielens | The Physics and Chemistry of the Interstellar Medium | Cambridge University Press | 2005 | ---- |
| T.J. Millar and D.A. Williams (eds) | Dust and Chemistry in Astronomy | CRC Press | 2019 | 978-0-7503-0271-5 |
| V. Pirronello, J. Krelowski, G. Manicò (eds) | Solid State Astrochemistry | Kluwer | 2003 | 978-1-4020-1559-5 |
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Il mezzo interstellare | 1, 4 |
| 2 | Il gas interstellare | 1, 4 |
| 3 | Le polveri interstellari | 1, 2, 4 |
| 4 | Formazione di molecole in fase gassosa | 3, 4 |
| 5 | Interazione gas-polveri | 3, 4 |
| 6 | Interazione di particelle energetiche con i grani interstellari | 4 |
| 7 | Interazione tra stelle e mezzo interstellare | 4 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
(Le domande di seguito riportate non costituiscono un elenco esaustivo ma rappresentano solo alcuni esempi)
Evidenze osservative della presenza di polveri interstellari.
I mantelli ghiacciati sui grani.
Classificazione delle reazioni in fase gassosa in base alle rate constants.
Modellizzazioni numeriche dell'arricchimento chimico delle nubi.
Meccanismi della catalisi eterogenea.
Tecniche sperimentali di investigazione delle reazioni catalizzate sulla superficie dei grani.