Vai al contenuto principale
Coronavirus: aggiornamenti per la comunità universitaria / Coronavirus: updates for UniTo Community
Oggetto:
Oggetto:

Fondamenti di Astrofisica: galassie e strutture cosmiche

Oggetto:

Fundamentals of Astrophysics: Galaxies and Cosmic Structures

Oggetto:

Anno accademico 2017/2018

Codice dell'attività didattica
MFN1511
Docente
Prof. Luisa Ostorero (Titolare del corso)
Corso di studi
008510-102 Laurea Magistrale in Fisica ind. Astrofisica e Fisica Teorica
Anno
1° anno
Periodo didattico
Secondo periodo didattico
Tipologia
C=Affine o integrativo
Crediti/Valenza
6
SSD dell'attività didattica
FIS/05 - astronomia e astrofisica
Modalità di erogazione
Tradizionale
Lingua di insegnamento
Italiano
Modalità di frequenza
Facoltativa
Tipologia d'esame
Orale
Prerequisiti
Fortemente consigliata la frequenza dei seguenti corsi: "Fondamenti di Astrofisica: stelle e Via Lattea" e "Processi radiativi"
Strongly recommended courses: "Fundamentals of Astrophysics: Stars and Milky Way" and "Radiative processes"
Propedeutico a
Cosmologia
Cosmology
Oggetto:

Sommario insegnamento

Oggetto:

Obiettivi formativi

Acquisizione dei concetti fondamentali dell'astrofisica extragalattica moderna e degli strumenti per la comprensione degli sviluppi recenti della ricerca in questo settore.

The student will learn the basics of modern Extragalactic Astrophysics and will thus be able to understand the recent developments of the research in this field.



Oggetto:

Risultati dell'apprendimento attesi

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE

Acquisizione di una solida preparazione in astronomia fondamentale, astrofisica, fenomeni cosmici di alta energia.

Ad esame superato, lo studente avra` acquisito le conoscenze fondamentali di astrofisica extragalattica che consentono di comprendere la letteratura scientifica e orientarsi nella ricerca contemporanea del settore.

 

CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE

Comprensione della sinergia e dialettica fra sviluppi teorici e progressi sperimentali nella formulazione, verifica ed applicazione di modellizzazioni di sistemi fisici.

KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING 

The student will acquire a solid foundation in Fundamental Astronomy, Astrophysics, and high-energy cosmic phenomena.

Upon successful completion of the exam,  the student will be able to understand the scientific literature and follow the current developments of the research in the field of Extragalactic Astrophysics .

 

APPLYING KNOWLEDGE AND UNDERSTANDING 

The student will be able to understand the synergy between theoretical developments and observational progress when creating, testing, and applying models of physical systems.

Oggetto:

Modalità di insegnamento

Il corso è erogato dal docente in modalità tradizionale: le lezioni vengono tenute utilizzando la lavagna per sviluppare tutti i calcoli e disegnare tutti i grafici necessari alla comprensione degli argomenti trattati.  Diapositive di supporto alle lezioni vengono proiettate (e rese disponibili agli studenti come materiale didattico) quasi esclusivamente per mostrare immagini astronomiche, difficilmente riproducibili alla lavagna.

The course is taught in a traditional way:  all the equations, the calculations,  and the plots that are useful to understand a topic are drawn on the board. Slides are used only as a support to the lectures, to show astronomical images or complex plots that cannot easily be drawn on the board.  All the slides are made available (on-line) to the students.

Oggetto:

Modalità di verifica dell'apprendimento

La prova d'esame si articola in due parti: nella prima parte al/la candidato/a viene richiesto di esporre, in un tempo di dieci minuti, un argomento da lui/lei scelto tra quelli trattati dal docente durante il corso; nella seconda parte al/la candidato/a vengono poste domande su altri argomenti, a scelta del docente, che siano parte del programma svolto.  Sia l'esposizione dell'argomento a scelta che l'elaborazone delle risposte alle domande poste dal docente prevedono l'utilizzo della lavagna per lo svolgimento dei calcoli e il disegno dei grafici utili alla discussione. La prova è valutata in trentesimi.  Per superarla occorre conseguire un punteggio di almeno 18/30.

The exam is composed of two parts. In the fhe first part, the student will deliver a 10-minute talk on a topic he/she selects among  the subjects of the course. In the second part, the teacher will ask the student questions on some of the topics that are part of the course program. In both the first and the second part of the exam, the student will have to use the board to write down calculations and plots useful for the discussion. The grade can vary between 18/30 and 30/30 cum laude.

Oggetto:

Attività di supporto

Oggetto:

Programma

GALASSIE

  * Galassie: proprieta` generali
    Definizione e storia della scoperta. "Red-shift" e legge di Hubble. Classificazioni morfologiche. Il Gruppo Locale.
    Relazione morfologia-densita`.

  * Funzione di luminosita` delle galassie
    Definizione, problematiche e metodi operativi di determinazione. Funzione di luminosita` delle galassie del campo e in
    ammassi; sua divisione per tipi spettrali e morfologici; suo utilizzo per la determinazione delle distanze.

  * Fotometria di superficie delle galassie 
    Definizione di brillanza superficiale, isofota, raggio isofotale. Procedura di riduzione di un'immagine fotometrica.
    Profili radiali di brillanza superficiale e loro deproiezione.

  * Galassie ellittiche: fotometria
    Legge di de Vaucouleurs, profili di brillanza superficiale a tre parametri, dipendenza dei profili dalla luminosita`.   
    Fotometria di galassie ellittiche nane compatte e diffuse. Fotometria di galassie cD ("central Dominant") e anomalia
    cinematica delle cD. Fotometria delle regioni centrali delle galassie ellittiche. Forma triassiale delle galassie
    ellittiche. Isofote "boxy" e "disky": correlazione con le proprieta` intrinseche delle galassie ellittiche. Relazione
    colore-magnitudine. Relazione di Faber-Jackson. Relazione di Kormendy. Piano fondamentale delle galassie ellittiche.
    Relazione "Dn-sigma".

* Galassie ellittiche: mezzo interstellare
    Gas caldo: processi di emissione e profili di brillanza nella banda X. Stime della massa del gas caldo e della massa
    dinamica delle galassie ellittiche mediante osservazioni nella banda X. Gas freddo: contenuto di idrogeno neutro delle
    galassie ellittiche. Polveri. Origine di gas caldo, gas freddo e polveri.

  * Galassie ellittiche: dinamica
    Galassie ellittiche come sistemi non collisionali. Equilibrio di sistemi non collisionali: funzione di distribuzione,
    equazione di Boltzmann per un fluido non collisionale e per un fluido collisionale, prima e seconda equazione di Jeans.
    Teorema del viriale in forma tensoriale: tensori energia cinetica, energia potenziale e momento di inerzia. Applicazione
    del teorema del viriale in forma tensoriale alla rotazione delle galassie ellittiche: ellissoide di rotazione. Rotazione
    ed ellitticita` in galassie ellittiche di diversa luminosita`.

  * Galassie a disco: fotometria
    Scomposizione sferoide-disco dei profili di brillanza superficiale. Rapporto B/T e sua correlazione con la morfologia
    delle galassie a disco. Correlazione tra brillanza superficiale e raggio efficace per sferoide e disco.  

  * Galassie a disco: mezzo interstellare
    Processi di emissione e assorbimento nel gas interstellare. Gas freddo in galassie a spirale: masse di HI e H2, profili
    di densita` radiali e azimutali, mappe a diversa frequenza. Gas freddo in galassie lenticolari: masse di HI e H2, anelli,
    profili di densita` radiali.


  * Galassie a disco: dinamica degli sferoidi
    Forma degli sferoidi: relazione tra brillanza superficiale ed ellitticita`; relazione tra rotazione ed ellitticita`;
    analogia tra sferoidi e galassie ellittiche.

  * Galassie a disco: dinamica dei dischi
    Curve di rotazione delle galassie a spirale: misure. Evidenza di esistenza di materia oscura. Profili di densita` ed
    energia potenziale degli aloni di materia oscura. Relazione di Tully-Fisher. Curve di rotazione spiegabili senza     
    necessita` di materia oscura.
                   
   * Galassie a disco: dinamica dei bracci a spirale
     Osservazioni di strutture a spirale. Origine dei bracci a spirale. Bracci materiali e problema dell'avvitamento. Bracci
    come onde di densita`: teoria di Lin e Shu. Orbite in potenziali assisimmetrici e debolmente non assisimmetrici.
    Risonanza di corotazione e risonanze di Lindblad. Cinematica delle onde di densita` e risonanze: barre e spirali.

 * Galassie attive
    Galassie e buchi neri supermassicci. Nuclei galattici attivi (AGN): definizione e storia della scoperta; fenomenologia;
    modello unificato. Popolazione degli AGN e sua evoluzione cosmica.

 


STRUTTURE COSMICHE

  * Distribuzione su grande scala delle galassie
    Gruppi di galassie. Ammassi di galassie. Ragnatela cosmica. Cenni sul modello gerarchico di formazione della struttura su
    grande scala dell'universo.
 
  * Ammassi di galassie
    Cataloghi, classi di ricchezza, forma, contenuto in galassie, profili radiali di densita`. Funzione di luminosita` delle
    galassie negli ammassi. Metodi di stima di massa degli ammassi di galassie: teorema del viriale, emissione X del gas
    intergalattico, effetto di lente gravitazionale. Problema della materia oscura negli ammassi di galassie.

 

 

 


GALAXIES

  * Galaxies: general properties
    Definition and history of the discovery. Red-shift and Hubble law. Morphological classification. The Local Group.
    The morphology-density relation.

  * The galaxy luminosity function
    Definition, issues and methods. The field galaxy luminosity function; the cluster galaxy luminosity function.
    The luminosity function divided by spectral and morphological type. The cluster galaxy luminosity function
    as a distance indicator.

  * Surface photometry of galaxies
    Definition of surface brightness, isophote, isophotal radius. Reduction of a photometric observation of a galaxy.
    Radial surface-brightness profiles and their deprojection.

  * Elliptical galaxies: photometry
    De Vaucouleurs law, three-parameter surface-brightness profiles, luminosity dependence of the profiles.
    Photometry of compact and diffuse dwarf ellipticals. Photometry of cD ("central Dominant") galaxies and cD
    kinematic anomaly. Photometry of the central regions of elliptical galaxies. The triaxial shape of elliptical galaxies.
    "Boxy" and "disky" isophotes: correlation with intrinsic galaxy properties. The color-magnitude relation.
    The Faber-Jackson relation. The Kormendy relation. The fundamental plane of elliptical galaxies. The "Dn-sigma" relation.

  * Elliptical galaxies: interstellar medium
    Hot gas: emission processes and surface-brightness profiles in the X-ray band. Gas mass estimate and dynamical mass
    estimate through X-ray observations. Cold gas: neutral hydrogen content of elliptical galaxies. Dust. Origin of hot gas,
    cold gas, and dust.

  * Elliptical galaxies: dynamics
    Elliptical galaxies as collisionless systems. Equilibria of collisionless systems: the distribution function,
    the collisionless Boltzmann equation, the collisional Boltzmann equation, the first and second Jeans equations.
    The tensor virial theorem: kinetic energy tensor, potential energy tensor, and moment of inertia tensor.
    Application of the tensor virial theorem to the rotation of elliptical galaxies: the rotation ellipsoid.
    Rotation and ellipticity in elliptical galaxies with different luminosity.

  * Disk galaxies: photometry
    Bulge-disk decomposition of surface-brightness profiles. B/T ratio and correlation with disk-galaxy morphology.
    Correlation between surface brightness and effective radius for bulges and disks.

  * Disk galaxies: interstellar medium
    Emission and absorption processes in the interstellar gas. Cold gas in spiral galaxies: HI and H2 contents, radial and
    azimuthal density profiles, maps at different frequencies. Cold gas in lenticular galaxies: HI and H2 contents, rings,
    radial density profiles.


  * Disk galaxies: bulge dynamics
    The shape of bulges: relation between surface brightness and ellipticity; relation betweeen rotation and ellipticity;
    similarities between bulges and elliptical galaxies.

  * Disk galaxies: disk dynamics
    Rotation curves of spiral galaxies: measurements. Hints for the existence of dark matter. Density profiles and
    potential energy of dark matter halos. The Tully-Fisher relation. Rotation curves with no need for dark matter.
                   
  * Disk galaxies: dynamics of the spiral arms
    Observations of the spiral structure. Origin of the spiral arms. Material arms and the winding problem. Spiral arms as
    density waves: the Lin-Shu density wave theory. Orbits in axisymmetric and weakly non-axisymmetric potentials.
    Corotation resonance and Lindblad resonance. Kinematics of density waves and resonances: bars and spirals.

  * Active galaxies
    Galaxies and supermassive black holes. Active galactic nuclei (AGN): definition and history of the discovery;
    phenomenology; the unified model. The AGN population and its cosmic evolution.



COSMIC STRUCTURES

  * Galaxy distribution on large scales
    Galaxy groups. Galaxy clusters. The cosmic web. Basics of hierarchical structure formation in the Universe.
 
  * Galaxy clusters
    Catalogs, richness classes, shape, galaxy content, radial density profiles. Luminosity function of cluster galaxies.
    Cluster mass estimate: virial theorem, X-ray emission from the intergalactic medium, gravitational lensing. Dark matter
    in galaxy clusters.

Testi consigliati e bibliografia

Oggetto:

Il corso non ha un unico testo di riferimento, ma un insieme di testi (motivo per cui si consiglia fortemente la frequenza delle lezioni).

 

J. Binney & S. Tremaine - Galactic Dynamics, Princeton University Press

J. Binney & M. Merrifield - Galactic Astronomy, Princeton University Press

M. Longair - Galaxy Formation, Springer Verlag

J. H. Krolik, - Active Galactic Nuclei, Princeton University Press

A.K. Kembhavi & J.V. Narlikar - Quasars and Active Galactic Nuclei, Cambridge University Press

A. Ferrari -  Stelle, galassie e universo - Fondamenti di Astrofisica, Springer Verlag

Most of the course is based on the following books:

 

J. Binney & S. Tremaine - Galactic Dynamics, Princeton University Press

J. Binney & M. Merrifield - Galactic Astronomy, Princeton University Press

M. Longair - Galaxy Formation, Springer Verlag

J. H. Krolik - Active Galactic Nuclei, Princeton University Press

A.K. Kembhavi & J.V. Narlikar - Quasars and Active Galactic Nuclei, Cambridge University Press

A. Ferrari -  Stelle, galassie e universo - Fondamenti di Astrofisica, Springer Verlag (in Italian)



Oggetto:

Orario lezioni

GiorniOreAula
Lunedì16:00 - 18:00Aula D Dipartimento di Fisica
Martedì14:00 - 16:00Aula D Dipartimento di Fisica
Giovedì11:00 - 13:00Aula Wick Dipartimento di Fisica

Lezioni: dal 11/01/2018 al 14/03/2018

Oggetto:

Note

La frequenza delle lezioni non è obbligatoria, ma fortemente consigliata, soprattutto per il fatto che non esiste un unico testo di riferimento per il corso.

Class attendance is not mandatory, however it is strongly recommended. The lectures are drawn from a number of textbooks and scientific papers: taking lecture notes is thus essential.

Oggetto:
Ultimo aggiornamento: 13/05/2017 15:42