Il Percorso di Astrofisica
Laurea Magistrale in Fisica
Anno Accademico 2011/2012
Corsi di Astrofisica e Docenti
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ASTRONOMIA I + II (6 + 6) Marco Bersanelli
LABORATORIO DI STRUMENTAZIONE SPAZIALE I + II (6 + 6) Aniello
Mennella, Davide Maino
“fortemente consigliati”
“Consigliati”
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ASTROFISICA NUCLEARE RELATIVISTICA I + II (6 + 6) Pierre
Pizzochero
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FISICA COSMICA (6) Giuseppe Lodato
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ASTROFISICA TEORICA I + II (6 + 6) Giuseppe Bertin
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COSMOLOGIA (6) Marco Lombardi, Davide Maino
Astronomia I + II (Bersanelli)
Contenuti:
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Struttura e evoluzione stellare
Astrofisica galattica
Astrofisica extragalattica e cosmologia
Sistema solare, astrobiologia
Modulo I
Modulo II
Approfondimenti dal punto di vista sia concettuale che
sperimentale-osservativo
Prevalentemente dedicato all’astronomia ottica
Cenni di astronomia in tutto lo spettro elettromagnetico
Introduzione a tecnologie utilizzate per osservazioni astronomiche
da terra e dallo spazio alle diverse lunghezze d’onda
Esercitazioni: Dott. Maurizio Tomasi
Astronomia I + II (Bersanelli)
Forti interconnessioni con altri indirizzi (nucleare, fisica della
materia, particelle elementari, fisica applicata, …)
Requisiti:
Concetti di fisica della Laurea Triennale
Ripresa e approfondimento di nozioni presentate nel Corso
"Introduzione all'Astrofisica“
Esame:
Colloquio orale, a partire da un semplice esercizio
Laboratorio di Strumentazione
Spaziale I+II (Mennella e Maino)
Contenuti:
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DASI (polo sud)
Tecniche e misure a microonde utilizzate in ambito
astrofisico per studiare la radiazione cosmica di fondo
dallo spazio (missione ESA - Planck)
Progettazione e simulazione di componenti ottiche a
microonde (antenne corrugate, antenne a riflettore)
Simulazione e analisi dei dati di esperimenti spaziali per
la misura del fondo cosmico
Obiettivi:
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Familiarita' con sistema di misure e con la conduzione di
esperimenti
Senso critico nella pianificazione dei test e dell'analisi dei
risultati
Planck
Laboratorio di Strumentazione
Spaziale I+II (Mennella e Maino)
Tappa 1:
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Introduzione teorica all'ambito scientifico (fondo di radiazione cosmica a
microonde)
Introduzione teorica alle metodologie, tecniche e strumentazioni utilizzate
Tappa 2:
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Progettazione e simulazione di
antenne corrugate a microonde
Misure in radiofrequenza per la
caratterizazione di antenne
corrugate a microonde
Risposta angolare di un’antenna
Laboratorio di Strumentazione
Spaziale I+II (Mennella e Maino)
Tappa 3:
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Misure effettuate a 30, 35 e
70 GHz in camera anecoica
Tappa 4:
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Antenna sotto test su stadio rotante
Progettazione e simulazione di un sistema ottico (antenna + telescopio) a
microonde
Simulazione di una misura di anisotropia di fondo cosmico mediante
un'osservazione dallo spazio
Simulazione di osservazione di fondo
cosmico
Ray tracing
Astrofisica Nucleare Relativistica
(Pizzochero)
Interdisciplinarieta’:
La maggior parte dei segnali che
riceviamo dall’Universo proviene dalle
stelle. Lo studio dell’Astrofisica
Stellare e’ quindi fondamentale per
tutte
le
tematiche
astrofisiche,
cosmologiche o astroparticellari.
Vengono
collegate
le
proprieta’
subatomiche della materia a quelle
macroscopiche dell’oggetto stellare.
Il corso e’ istruttivo per tutti gli
studenti con interessi teorici, nucleari,
subnucleari o di fisica della materia.
Obiettivi:
Capire principi e processi fisici alla base del ciclo evolutivo stellare: dalla condensazione
di un gas interstellare, alle condizioni per l’accensione delle varie reazioni nucleari, agli
ultimi stadi caratterizzati da condizioni di degenerazione quantistica e relativita’ delle
particelle costituenti e da stati della materia stellare altamente esotici, con emissione di
energia in banda X, ! e in neutrini (stelle compatte).
Astrofisica Nucleare Relativistica
(Pizzochero)
Modulo I (Introduzione alla Struttura Stellare):
Principi generali dell’Astrofisica Stellare (proprieta’ e equazione
di stato della materia stellare; struttura e evoluzione stellare,
stabilita’ gravitazionale, produzione e trasporto di energia,
diffusione radiativa e atmosfera stellare, modelli stellari analitici).
Interpretazione del diagramma HR. Condizioni fisiche della
materia stellare nei vari stadi evolutivi. Dalle equazioni della
struttura stellare alle proprieta’ osservate in sequenza principale.
Modulo II (Astrofisica delle Stelle Compatte):
Studio delle stelle compatte (nane bianche, supernovae, stelle di
neutroni e pulsars, sorgenti X e ! compatte, magnetars, GRBs).
Effetti indotti dalla forza gravitazionale sulle interazioni deboli
(neutronizzazione della materia, emissione e diffusione di
neutrini) e sulle interazioni forti (stelle di quarks, superfluidita’
nucleonica nelle pulsars). Caratteristiche fisiche della materia
all’interno delle stelle compatte e proprieta’ osservabili. Stabilita’
gravitazionale. Tali stadi finali dell’evoluzione stellare sono alla
frontiere dell’attuale astrofisica relativistica.
Fisica Cosmica (Lodato)
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Verranno discussi i processi fisici che stanno alla
base della formazione stellare e planetaria, dalla
formazione ed evoluzione delle nubi molecolari
fino allo sviluppo del disco protostellare, all’interno
del quale si formano i pianeti. Questo ultimo
aspetto ha recentemente attratto molta attenzione a
causa della scoperta, durante l’ultimo decennio, di
un grande numero di pianeti extra-solari, che ha
permesso di studiare le proprietà dei sistemi
planetari sulla base di un campione statistico di
oggetti piuttosto che di una singola realizzazione.
Il Corso si rivolge fondamentalmente agli studenti
con interesse astrofisico, ma poichè tratta diversi
aspetti fondamentali (fluidodinamica, interazione
radiazione-materia) è istruttivo per studenti con
interesse per fisica teorica o fisica della materia.
Fisica Cosmica (Lodato)
Processi fisici di base:
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Questa parte e’ istruttiva per gli studenti con interesse
teorico, astrofisico o di fisica della materia.
Interazione radiazione-materia: scattering Thomson,
scattering Rayleigh, radiazione di ciclotrone e di sincrotrone,
radiazione di bremsstrahlung, fondamenti di trasporto
radiativo. Effetto Compton e Compton inverso.
Astrofisica dei fluidi: Equazioni fluide. Sfere politropiche,
dischi autogravitanti. Onde sonore, onde d’urto. Instabilità
gravitazionale, termica, convettiva. Accrescimento.
Turbolenza.
Simulazione numerica di un
disco di accrescimento
Formazione di Stelle e Pianeti:
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Struttura ed evoluzione delle nubi molecolari. Frammentazione turbolenta.
Leggi di scala per le nubi molecolari. Funzione iniziale di massa per le stelle (IMF). Modelli di
formazione stellare.
Struttura ed evoluzione dei dischi protostellari. Modelli di formazione planetaria.
Astrofisica Teorica I + II (Bertin)
Contenuti:
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Alcuni temi importanti dell’astrofisica
extragalattica
Struttura, dinamica, formazione, evoluzione delle
galassie
Sistemi complessi autogravitanti, metodi per la
loro descrizione, affinita’ con la fisica dei plasmi
A partire da molti esempi concreti, lo studente imparera’ a
riconoscere che i problemi piu’ interessanti, anche dal punto di
vista teorico, sono identificati a partire da un quadro
fenomenologico ampio e dettagliato.
Formulazione rigorosa di interrogativi e di modelli relativamente
semplici. Metodi di indagine analitici.
Astrofisica Teorica I + II (Bertin)
(I moduli sono indipendenti e possono essere seguiti nell’ordine desiderato)
Modulo I (fenomenologia, modelli generali, galassie spirale):
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Caratteristiche fisiche delle galassie.
Descrizione fluida e cinetica delle galassie. Sistemi di N
corpi. Meccanismi di rilassamento. Il problema della
dinamica “autoconsistente”.
Dinamica delle galassie a spirale. Dalle orbite stellari,
all’instabilita’ di Jeans, alle onde di densita’ e ai modi
globali discreti responsabili del “grand design” a spirale.
Modulo II (materia oscura, galassie ellittiche, contesto cosmologico):
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Materia oscura nelle galassie e negli ammassi. Dinamica
dei sistemi stellari non-collisionali.
Dinamica degli ammassi globulari e delle galassie
ellittiche. Collasso non-dissipativo e formazione delle
galassie. Leggi di scala e evoluzione delle galassie.
Cosmologia (Lombardi e Maino)
Obiettivi:
Introduzione alla cosmologia moderna, con particolare attenzione ai
progressi in campo osservativo. Studio dell’Universo e delle leggi generali
che lo governano nel suo insieme.
Prerequisiti:
Corsi di Matematica e Fisica della Laurea Triennale.
Consigliabile aver gia’ seguito Astronomia o Astrofisica Teorica. Chi ha gia’
seguito Introduzione alla Relativita’ potra’ meglio apprezzare alcuni degli
argomenti trattati.
Cosmologia (Lombardi e Maino)
Parte I (Introduzione elementare):
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Vengono ricavati molti risultati di interesse cosmologico usando la
fisica classica e l’omogeneita’ dell’universo su grande scala. Legge di
espansione di Hubble. Leggi di Friedmann.
Parte II (Introduzione alla Relativita’ Generale e applicazioni alla Cosmologia):
Richiami di Relativita’ Ristretta. Elementi di Relativita’ Generale.
Redshift. Effetti della distanza su luminosita’ e dimensioni angolari di
oggetti osservati.
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Parte III (Cosmologia osservativa):
Nucleosintesi cosmologica. Disaccoppiamento di neutrini e
radiazione. Formazione di strutture. Campi di velocita’ e deviazioni dal
flusso di Hubble. Lenti gravitazionali. Misure di geometria ad alto redshift.
La radiazione di fondo cosmico (CMB). Inflazione.
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LEGENDA
Il Percorso nel Nuovo
Ordinamento
Le tipologie di attivita’ formative (TAF) sono le seguenti:
b) Caratterizzanti
c) Affini o integrative
d) A scelta dello studente
e) Prova finale
f) Altre attivita’
PRIMO ANNO
PRIMO SEMESTRE
Elettrodinamica classica
Astronomia I modulo
Metodi matematici della fisica:
equazioni differenziali
Laboratori o
di
strumentazione
spaziale I modulo
Corso a scelta tra i caratterizzanti
TOTALE CFU
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6
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6
Laboratori o
di
spaziale II modulo
c
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6
Corso a scelta
d
6
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6
30
Corso a scelta
TOTALE CFU
d
6
30
T
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18
6
6
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SECONDO SEMESTRE
Astronomia II modulo
Corso a scelta fra i caratterizzanti
strumentazione
SECONDO ANNO
PRIMO SEMESTRE
Tesi di Laurea
Un corso di settore FIS03 o FIS04
Corso a scelta della Tabella A
TOTALE CFU
SECONDO SEMESTRE
Tesi di Laurea
Preparazione tesi
TOTALE CFU
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22
8
30
Il Percorso nel Nuovo
Ordinamento
TABELLA A
Tutti i corsi di SSD FIS05 ed inoltre altri corsi relativi a:
fisica dei continui, fisica dei plasmi, relativita’ generale, simulazioni
numeriche, metodologie di analisi dati, meccanica celeste, ottica.
Tesi di Laurea Magistrale
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Con la tesi lo studente viene a conoscere in cosa consiste fare ricerca.
Spesso con la tesi lo studente e’ esposto a contatti con altri gruppi di ricerca, fuori del
Dipartimento, anche in ambiente internazionale. Viene quindi a conoscere in cosa consiste lo
spirito di una collaborazione scientifica.
I temi di ricerca attivi nel Dipartimento sono di punta e coprono uno spettro ampio rispetto
alle maggiori tematiche della astrofisica moderna. Essi hanno il loro riferimento naturale
nelle grandi iniziative osservative dell’astrofisica moderna (HST, PLANCK, HERSCHEL,
ALMA, JWST).
Uno dei grandi vantaggi dei nostri studenti e’ che, oltre alle opportunita’ presenti nel
Dipartimento, essi possono usufruire di un ambiente di ricerca estremamente ricco e
qualificato, offerto dall’area milanese: alcune tesi sono svolte di fatto in co-tutela con un
contributo importante di altre sedi e enti di ricerca presenti nell’area (INAF - Osservatorio:
Brera e Merate; INAF - IASF, via Bassini).
Prospettive dopo la Laurea
Magistrale
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Per molti, la Laurea Magistrale del Percorso in Astrofisica e’ intrapresa con la
speranza di un prossimo inserimento nella Ricerca. In questo caso, la
prospettiva immediata e’ quella di intraprendere un Corso di Dottorato e di
cercare successivamente posizioni temporanee (“postdoc”) che auspicabilmente
porteranno a un posto di ricercatore all’Universita’ o in un Ente di Ricerca
(Osservatori o altri Centri).
In realta’, la formazione che lo studente possiede completando la Laurea
Magistrale da’, come per altri Percorsi in Fisica, valide alternative. In
particolare, una formazione di tipo sperimentale/osservativo puo’ aprire la
strada verso l’industria. Una formazione di tipo numerico/modellistico puo’
aprire strade ancora piu’ generali.
Anche l’insegnamento nella scuola secondaria viene spesso considerato.
