PROGRAMMA DEL CORSO DI
INTRODUZIONE ALL'ASTROFISICA

prof. Roberto Nesci

Anno Accademico 2010/11

Libro di testo: Introduzione all'astrofisica

autore: Pierluigi Monaco

Nota

Quest'anno non verranno trattati diversi paragrafi del libro. In particolare:
4.3, 4.4, 4.5, 5.2, 5.3.
Alcuni argomenti vengono trattati sotto diversi punti di vista in diversi capitoli. Lo studente deve, nel preparare l'esame, associare i vari aspetti in un quadro complessivo.

Capitolo 1

Coordinate celesti, Magnitudini, colori, spettri e righe spettrali. Temperatura, massa, raggio delle stelle. Sistemi binari.
Misura delle distanze in astronomia: parallasse trigonometrica, parallasse spettroscopica, parallasse fotometrica, fit della sequenza principale degli ammassi stellari.
Le variabili Cefeidi ed RR Lyrae come candele standard.
Le varie bande dello spettro elettromagnetico, principali processi fisici di emissione nelle varie bande.
Caratteristiche principali dei telescopi per le varie bande spettrali, limite di diffrazione e potere risolutivo.

Capitolo 2

Classificazione spettrale e diagramma Hertzsprung-Russell (HR). Nomenclatura delle varie zone del diagramma HR, Classi di luminosita'. Relazione massa-raggio per le stelle di sequenza principale. Diagramma HR per gli ammassi stellari aperti e globulari.
Caratteristiche fisiche principali del Sole. Opacita' all'interno del Sole, cammino libero medio dei fotoni. Le equazioni della struttura stellare.
Processi nucleari e nucleosintesi stellare: ciclo PP e ciclo CNO, reazione 3-alfa, processi di cattura neutronica r ed s, le abbondanze cosmiche dei nuclei atomici.
Cenni sui neutrini solari e la eliosismologia.
Principio di esclusione di Pauli, principio di Heisenberg e stima della pressione dei gas degeneri. Stato del gas di una stella sul piano densita' - temperatura. Massa di Chandrasekhar e nane bianche. Limite minimo (name brune) e massimo (limite di Eddington) per la massa delle stelle.
Evoluzione stellare per stelle di piccola massa: collasso gravitazionale delle nubi protostellari, traccia di Hayashi, presequenza, fase di sequenza principale, giganti rosse, ramo orizzontale, ramo asintotico, nebulosa planetaria, nana bianca. Struttura interna e reazioni nucleari principali nelle varie fasi evolutive. Evoluzione stellare per stelle di grande massa: evoluzione chimica e esplosione di Supernova. Cassificazione delle Supernovae. Stelle di neutroni e buchi neri. Limite di Oppenheimer-Volkoff e raggio di Schwarzschild. Evidenze osservative: pulsar e binarie X. Le stelle Novae.
Interpretazione dei diagrami HR degli ammassi stellari sulla base della evoluzione stellare. Misura delle eta' degli ammassi stellari.

Capitolo 3

La Via Lattea: componenti principali della struttura galattica (buldge, disco, bracci a spirale, alone, materia interstellare). Effetti della materia interstellare sulla radiazione nelle varie bande elettromagnetiche (radio, infrarosso, ottico, X): righe di emissione e assorbimento. Idrogeno interstellare e sua importanza per lo studio della struttura galattica.
Massa di Jeans e processo di formazione stellare.
La Via Lattea. conteggi stellari e relazione Log(N)-Log(S). Dimensioni della Via Lattea e posizione del Sole. Cinematica delle stelle e del gas nella Via Lattea, popolazioni stellari. Massa della Via Lattea, evidenza di materia oscura.
Definizione di galassia, classificazione morfologica delle galassie (ellitiche, a disco, irregolari). Profilo di brillanza superficiale.
Funzione di luminosita' delle galassie. Spettri integrati delle galassie: popolazione stellare e composizione chimica media dei diversi tipi di galassie.
Proprieta' strutturali delle galassie: curve di rotazione, relazione di Tully-Fisher per le spirali, relazione di Faber-Jackson per le ellittiche e il piano fondamentale.
Nuclei galattici attivi (AGN): definizione, classificazione, spettri ottici, distribuzione energetica dal radio ai raggi Gamma. Moti superluminali, modello unificato a buco nero centrale, evidenze sperimentali nella Via Lattea e nelle galassie vicine.

Capitolo 4

La misura delle distanze delle galassie: indicatori di distanza primari e secondari, le Supernovae. La legge di Hubble. Principio cosmologico e tempo di Hubble. Stime dell'eta' dell'Universo.
Il Big Bang standard, modelli di Friedmann-Robertson-Walker, densita' critica e fattore di scala, parametro di Hubble, geometria dello spazio-tempo. Evoluzione della densita' di materia e di radiazione col tempo cosmico. Bariogenesi e nucleosintesi primordiale. Previsione di un fondo cosmico a microonde.

Capitolo 5

Struttura a grande scala dell'Universo, ammassi di galassie, diagrammi a cono. Emissione in raggi X degli ammassi, stima della massa degli ammassi, lenti gravitazionali, evoluzione della densita' dei Quasar.
Ricerca della materia oscura nell'Universo: stelle, gas interstellare, gas intergalattico, MACHO.
I lampi di luce Gamma (GRB).

Capitolo 6

Struttura generale del sistema solare e caratteristiche principali dei pianeti.
Ricerca di pianeti extrasolari: metodi astrometrici, fotometrici, velocita' radiale, lenti gravitazionali. Proprieta' statistiche dei pianeti extrasolari rivelati. Ricerca di dischi protoplanetari.
Picerca di vita extraterrestre.