Scheda programma d'esame
EXTRAGALACTIC ASTROPHYSICS AND COSMOLOGY / ASTROFISICA EXTRAGALATTICA E COSMOLOGIA
MICHELE CIGNONI
Anno accademico2023/24
CdSFISICA
Codice369BB
CFU9
PeriodoSecondo semestre
LinguaItaliano

ModuliSettore/iTipoOreDocente/i
ASTROFISICA EXTRAGALATTICA E COSMOLOGIAFIS/05LEZIONI54
MICHELE CIGNONI unimap
Obiettivi di apprendimento
Learning outcomes
Conoscenze

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.

Knowledge

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.

 

Modalità di verifica delle conoscenze

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).

Assessment criteria of knowledge

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). 

Capacità

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.

Skills

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.

Modalità di verifica delle capacità

Discussioni in classe e approfondimenti alla fine di ogni lezione

Assessment criteria of skills

Class discussions and insights at the end of each lesson

Comportamenti

Lo studente acquisira' conoscenze chiave importanti per una carriera in astrofisica/astronomia

Behaviors

Students will acquire skills, knowledge and methods to undertake a career in theoretical or observational astronomy 

Modalità di verifica dei comportamenti

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.

Assessment criteria of behaviors

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.

Prerequisiti (conoscenze iniziali)

Conoscenze di astrofisica di base (magnitudini, sistemi fotometrici, diagramma HR, etc) sono utili ma non richieste.

Prerequisites

Knowledge of basic astrophysics and stellar evolution is recommended but not required

Indicazioni metodologiche

Modo in cui si svolgono le lezioni: lavagna e power point

Verranno fornite le slides (molto dettagliate) delle lezioni oltre alla registrazione video.

Teaching methods

Delivery: face to face lectures, with visual aids such as powerpoints

Programma (contenuti dell'insegnamento)

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)

Syllabus

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)

 

Bibliografia e materiale didattico

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.

Bibliography

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.

Indicazioni per non frequentanti

 

 

Non-attending students info

 

 

Modalità d'esame

Esame orale di circa 30 minuti. Allo studente vengono poste due domande estratte da un elenco di domande predefinito fornito all'inizio delle lezioni.

Assessment methods

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.

Altri riferimenti web

 

 

Additional web pages

 

 

Note

 

 

Notes

 

 

Ultimo aggiornamento 17/08/2023 10:21