RADIOASTRONOMY
Anno accademico 2023/2024 - Docente: CORRADO TRIGILIORisultati di apprendimento attesi
Il percorso di studi affronterà le domande fondamentali dell'Astrofisica attuale, fornendo agli studenti una panoramica della potenzialità dell’intervallo di frequenze radio, che permette di scandagliare l’universo fin dai suoi istanti iniziali. Lo studente acquisirà una conoscenza dettagliata della Radioastronomia, degli strumenti attuali e futuri, know how fondamentale per accedere al mondo della ricerca internazionale del prossimo futuro, argomenti ampiamente affrontati dal gruppo radio dell’INAF - Osservatorio Astrofisico di Catania.
Saranno affrontati argomenti di punta dell’Astrofisica attuale non ancora compresi in dettaglio: esplosioni di supernovae, radio-burst, pulsar, quasar, evoluzione della galassia e cosmologica fino all’epoca della reionizzazione (z~15) e altro ancora, acquisendo padronanza dei processi di emissione ad essi connessi quali radiazione di Bremsstrahlung, radiazione di sincrotrone, righe proibite collisionali, riga 21 cm. Lo studente sarà indirizzato verso un approccio multiwavelength, e/o multimessenger, di fondamentale importanza per la corretta interpretazione dei dati astrofisici e indispensabile per coloro interessati all’ambito della ricerca, ma anche per un approccio critico in tutti gli ambiti lavorativi.
Per stimolare la capacità ad applicare le conoscenze pregresse e per testare la comprensione degli argomenti che man mano si affrontano, durante le lezioni gli studenti saranno stimolati ad un primo approccio alla risoluzione dei problemi. Si passerà alla trattazione rigorosa, cercando sempre di mettere in relazione con gli approcci originari degli studenti. Ciò stimola la capacità di applicare le conoscenze pregresse e la comprensione degli argomenti già affrontati.
Sono incoraggiate le interpretazioni personali dei fenomeni studiati ed il confronto con gli altri per poter valutare la propria capacità di giudizio.
Capacità di affrontare argomenti nell'ambito della radioastronomia e dell'astrofisica in generale sia in italiano che in inglese.
Capacità di apprendimento (learning skills): Capacità di apprendere gli argomenti sia mediante la frequenza del corso e lo studio delle dispense e dei libri consigliati, sia mediante la lettura di articoli scientifici e di ricerca sui siti accreditati (NASA ESO, ESA, INAF, varie università ed enti di ricerca italiani ed esteri...).
Modalità di svolgimento dell'insegnamento
Lezioni frontali durante le quali, oltre all'illustrazione delle principali ricerche nell'ambito della radioastronomia ed all'illustrazione dei più importanti processi di emissione e propagazione, si svolgono anche calcoli utili a derivare importanti parametri delle sorgenti, nell'ottica di avvicinare lo studente al mondo della ricerca.
Prerequisiti richiesti
Elettromagnetismo, Astrofisica di base.
Frequenza lezioni
La frequenza alle lezioni è altamente consigliata; l'interazione con gli studenti è di fondamentale importanza per la formazione degli allievi.
Contenuti del corso
- Introduzione alla Radioastronomia - Cenni storici – La finestra radio – Il ruolo della Radioastronomia – Prospettive future di sviluppo
- La Radiazione EM – Intensità, Brillanza, Densità di flusso, Legge di Planck, Approssimazioni nel radio, Temperatura di brillanza, Trasporto radiativo, Propagazione di onde EM nel vuoto – Onde EM in un plasma – Frequenza di plasma – Ionosfera terrestre – Velocità di fase e di gruppo – Misura di dispersione – Polarizzazione delle onde EM – Rotazione di Faraday, Spettro della radiazione – Processi termici e non termici – Radiazione di dipolo-
- Radiazione di Bremsstrahlung (free-free) – emissione e assorbimento, Spettri di radiosorgenti, esempi: NGC7027
- Radiazione di Sincrotrone – emissione e assorbimento, spettri, energia delle radiogalassie (esempio Cyg-A, Cas-A), scattering Thomson, Effetto Compton Inverso
- Il Radiotelescopio – Apertura singola – Diagramma d’antenna – Direttività e potere risolutivo angolare – Antenne paraboliche – Configurazioni dei radiotelescopi – Radiotelescopi nel mondo – L’illuminatore (feed) – Formula di Nyquist e temperatura di rumore – Area efficace – Temperatura d’antenna – Sorgenti estese e puntiformi – Guadagno d’antenna – Ricevitore supereterodina – Temperatura di sistema – Il contributo atmosferico – Sensibilità
- Interferometria – Teoria di base e teorema di Van Cittert Zernike – Funzione di visibilità e relazione con la brillanza del cielo – Interferometri lineari – Risoluzione angolare – Sintesi d’apertura – Il processo di mappatura – Interferometri nel mondo: connessi (WSRT, ATCA, VLA) e non connessi (VLBI, VLBA, VLBI spaziale) - Interferometri millimetrici e sub-millimetrici: ALMA
- Esempi di radiosorgenti: Supernovae e resti di Supernovae (SNR) – Shock waves – Accelerazione di Fermi (al primo ordine), Microquasars, moti superluminali, Doppler boosting, Star Forming Regions (HII) –Fast Radio Bursts
Testi di riferimento
I primi due testi sono quelli su cui si basa il corso. Gli altri tre sono molto utili per approfondimenti.
- Rybicki and Lightman, Radiative Processes in Astrophysics, John Wiley & Sons, Inc (1979)
- Rohlfs, Tools of Radio Astronomy, A&A library, Springer-Verlag
- Burke and Graham-Smith: An Introduction to Radio Astronomy, Cambridge University Press, (1977, 2002)
- Longair: High Energy Astrophysics, Vol. 1, Cambridge University Press
- Verschuur and Kellermann eds, Galactic and Extragalactic Radio Astronomy, A&A library, Springer-Verlag
Programmazione del corso
| Argomenti | Riferimenti testi | |
|---|---|---|
| 1 | Introduzione alla Radioastronomia | 3 |
| 2 | La Radiazione EM | 1,2 |
| 3 | Teoria di Base della radiazione EM. | 1 |
| 4 | Processi di Emissione nel continuo | 1,2 |
| 5 | Il Radiotelescopio | 2 |
| 6 | Interferometria | 2 |
| 7 | Radiosorgenti galattiche | 2,3,4,5 |
| 8 | Radiosorgenti extragalattiche | 2,3,4,5 |
Verifica dell'apprendimento
Modalità di verifica dell'apprendimento
Criteri per l’attribuzione del voto finale: Per l'attribuzione del voto finale vengono valutate la capacità e la chiarezza espositiva, la capacità di focalizzarsi sugli argomenti più importanti, la visione critica, la capacità di interconnessione tra vari punti del programma e dell'astrofisica nota al momento, la conoscenza generale del programma. La partecipazione attiva dello studente durante le lezioni può essere tenuta in considerazione.
Esempi di domande e/o esercizi frequenti
Primo argomento a scelta dello studente, tra gli argomenti del programma.
Altri possibili argomenti:
Spettri di radiosorgenti e parametri deducibili.
Processi di emissione.
Effetti di propagazione delle onde radio nei plasmi.
Potere risolutivo angolare di radiotelescopi o interferometri.
Radiotelescopi, ricevitori, temperatura di antenna, di sistema, di brillanza.