ECTS - University of Pisa
| Modules | Area | Type | Hours | Teacher(s) | |
| ASTROFISICA EXTRAGALATTICA E COSMOLOGIA | FIS/05 | LEZIONI | 54 |
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Il corso fornisce allo studente un background su come le galassie (e le strutture a scala piu' grande) nascono ed evolvono, sia nell'Universo locale che ad alto redshift.
The course provides the student with a background on how galaxies (and larger-scale structures) arise and evolve, both in the local and high-redshift Universe.
Discussioni e dibattito al termine delle lezioni (o su appuntamento tramite ricevimento, anche in gruppi), con lo scopo di verificare le conoscenze acquisite e stimolare l'interesse in maniera critica. Lo studente puo' porre qualunque domanda, la cui risposta puo' essere proposta da tutti gli altri (studenti, docente).
Discussions and debate at the end of the lessons (or by appointment), with the aim of verifying the knowledge acquired and stimulating interest in a critical way. The student can ask any question, the answer to which can be proposed by all the others (students, teacher).
Lo studente sara' in grado di affrontare problemi di carattere extragalattico, dalla scala delle distanze, alla fisica delle galassie (chimica, dinamica, formazione stellare), al contesto cosmologico, sia dal punto di vista osservativo che teorico.
The student will be able to deal with problems of an extragalactic nature, from the scale of distances, to the physics of galaxies (chemistry, dynamics, star formation), to the cosmological context, both from an observational and theoretical point of view.
Discussioni in classe e approfondimenti alla fine di ogni lezione
Class discussions and insights at the end of each lesson
Lo studente acquisira' conoscenze chiave importanti per una carriera in astrofisica/astronomia
Students will acquire skills, knowledge and methods to undertake a career in theoretical or observational astronomy
Durante le discussioni e i dibattiti che normalmente emergono al termine delle lezioni (o durante i ricevimenti), verra' data enfasi alla capacita' di connettere argomenti diversi del corso e di saperli discutere in maniera critica.
Students should be able to connect the many aspects of extragalactic astronomy (star formation, our Galaxy, distances, external galaxies, high redshift galaxies, cosmology) to the big picture, which, in turn, should make clear the general significance of the themes that are studied.
Conoscenze di astrofisica di base (magnitudini, sistemi fotometrici, diagramma HR, etc) sono utili ma non richieste.
Knowledge of basic astrophysics and stellar evolution is recommended but not required
Modo in cui si svolgono le lezioni: lavagna e power point
Verranno fornite le slides (molto dettagliate) delle lezioni oltre alla registrazione video.
Delivery: face to face lectures, with visual aids such as powerpoints
Cosmologia (Ryden, Longair)
Universo ad alto redshift: concetto di redshift cosmologico, metrica di Robertson-Walker, costante di Hubble, equazioni di Friedmann, modelli di Universo, formazione di strutture (galassie, ammassi di galassie) in contesto cosmologico, evoluzione dello spettro di potenza della materia, materia oscura calda e fredda, fondo cosmico di microonde e interpretazione dello spettro di potenza, elementi di inflazione, ricombinazione, disaccoppiamento e last scattering, collasso lineare e non lineare di strutture, oscillazioni acustiche barioniche, reionizzazione, galassie ad alto redshift;
Scala delle distanze, la via locale ad H0:
Scala delle distanze. Metodi geometrici per determinare la distanza: parallassi, stelle binarie, maser dell’acqua; metodi non geometrici: stelle variabili, supernove Ia, time delay lensing, surface brightness fluctuations, Tully Fisher), tensione su H0 tra stime locali (scala delle distanze) e dell'universo primordiale (risultati di Planck)
Popolazioni stellari nelle galassie:
Storia di formazione stellare nelle galassie tramite stelle risolte, spettroscopia e fotometria integrata, la nostra Galassia e il Gruppo Locale come laboratorio, galassie ad alto redshift, popolazioni stellari in galassie di diverso tipo morfologico, evoluzione fotometrica e spettroscopica delle galassie
Formazione stellare (Krumholz):
Fisica delle polveri, teoria di Mie, curve di estinzione nella nostra Galassia e nelle altre galassie, arrossamento ed emissione infrarossa, proporzione tra gas e polveri nelle galassie, fasi del mezzo interstellare, processi di raffreddamento e riscaldamento, shock, regioni HII, formazione stellare, criterio di Jeans per il collasso delle nubi, ruolo di campi magnetici, rotazione differenziale, turbolenza, relazione di Tully Fisher, frammentazione delle nubi
Fisica delle galassie a disco/spirale (Sparke & Gallagher, Binney & Tremaine):
Galassie a disco, curve di rotazione e spider diagrams, aloni di materia oscura dalle curve di rotazione, esperimenti di microlensing, curva di rotazione della Via Lattea, costanti di Oort, moti epiciclici, teorie dei bracci di spirale
Dinamica delle galassie(Binney & Tremaine):
Evoluzione dinamica delle galassie, attrito dinamico, tempo di rilassamento a due corpi, rilassamento violento, interazione tra galassie, tidal shocks, maree (problema circolare ristretto dei tre corpi), ram pressure stripping, equazione di Boltzmann non collisionale, teorema di Jeans, Equazioni di Jeans, limite di Oort, teorema tensoriale viriale, formazione delle galassie ellittiche
Evoluzione chimica delle galassie (Pagel):
Yields stellari, diversi modelli di evoluzione chimica (close, leaky and accreting box)
Cosmology (Ryden, Longair)
High redshift universe: concept of cosmological redshift, Robertson-Walker metric, Hubble constant, Friedmann equations, models of Universe, formation of structures (galaxies, clusters of galaxies) in a cosmological context, evolution of the power spectrum of matter, hot and cold dark matter, cosmic microwave background and power spectrum interpretation, elements of inflation, recombination, decoupling and last scattering, linear and nonlinear collapse of structures, acoustic baryon oscillations, reionization, high redshift galaxies;
Distance scale, the local route at H0:
Distance scale. Geometric methods for determining distance: parallaxes, binary stars, water masers; non-geometric methods: variable stars, Ia supernovae, time delay lensing, surface brightness fluctuations, Tully Fisher, tension on H0 between local (distance scale) and early universe (Planck results) estimates
Stellar populations in galaxies:
History of star formation in galaxies through resolved stars, integrated spectroscopy and photometry, our Galaxy and the Local Group as a laboratory, high redshift galaxies, stellar populations in galaxies of different morphological types, photometric and spectroscopic evolution of galaxies
Star Formation (Krumholz):
Dust physics, Mie theory, extinction curves in our Galaxy and in other galaxies, reddening and infrared emission, ratio of gas to dust in galaxies, phases of the interstellar medium, cooling and heating processes, shocks, HII regions, star formation , Jeans criterion for cloud collapse, role of magnetic fields, differential rotation, turbulence, Tully Fisher relation, cloud fragmentation
Physics of disk/spiral galaxies (Sparke & Gallagher, Binney & Tremaine):
Disk galaxies, rotation curves and spider diagrams, dark matter halos from rotation curves, microlensing experiments, rotation curve of the Milky Way, Oort constants, epicyclic motions, spiral arm theories
Dynamics of galaxies (Binney & Tremaine):
Dynamic evolution of galaxies, dynamical friction, two-body relaxation time, violent relaxation, interaction between galaxies, tidal shocks, tides (special circular three-body problem), ram pressure stripping, non-collisional Boltzmann equation, Jeans theorem, Equations Jeans, Oort limit, virial tensor theorem, formation of elliptical galaxies
Chemical evolution of galaxies (Pagel):
Stellar yields, different models of chemical evolution (close, leaky and accreting box)
Sono utili le slide del corso (dettagliate, con tutti i passaggi) e i seguenti libri di testo:
Introduction to Cosmology – Ryden B.
Galaxy Formation -- Longair M.
Galactic Dynamics -- Binney & Tremaine
Galaxies in the Universe -- Sparke & Gallagher
Nucleosynthesis And Chemical Evolution Of Galaxies -- Pagel B.
Notes on Star Formation -- Krumholz M.
Lecture notes, and parts of the following books:
Introduction to Cosmology – Ryden B.
Galaxy Formation -- Longair M.
Galactic Dynamics -- Binney & Tremaine
Galaxies in the Universe -- Sparke & Gallagher
Nucleosynthesis And Chemical Evolution Of Galaxies -- Pagel B.
Notes on Star Formation -- Krumholz M.
Esame orale di circa 30 minuti. Allo studente vengono poste due domande estratte da un elenco di domande predefinito fornito all'inizio delle lezioni.
Oral exam of about 30 minutes. The student is asked two questions taken from a predefined list of questions provided at the beginning of the course.
