Curriculum Astrofisica Dipartimento di Fisica e Astronomia Università di Catania

Osservatorio Astrofisico di Catania

Istituto Nazionale di Astrofisica

Curriculum Astrofisica INSEGNAMENTO SSD CFU TIPO SEMEST

RE PRIMO ANNO Meccanica quantistica FIS/02 6 CARAT 1 Struttura della materia FIS/03 6 CARAT 1

Metodi matematici della Fisica FIS/02 6 INTEGR 1

Fisica nucleare e subnucleare FIS/04 6 CARAT 1

Astronomia I + II FIS/05 6+6 CARAT/SCELTA

1+2

Laboratorio di Astrofisica I + II FIS/01 6+6 CARAT 1+2

Astrofisica FIS/05 6 CARAT 2

Magnetoidrodinamica FIS/02 6 CARAT 2

SECONDO ANNO

Fisica Solare FIS/01 6 CARAT 1

Fisica dello Spazio FIS/01 6 INTEG 1

Radio Astronomia / Fisica dei Raggi Cosmici

FIS/05 FIS/01

6 SCELTA 1

Prof. Gaetano Belvedere ASTRONOMIA (12 CFU)

I - II •  Sfera celeste – Moto diurno degli astri - Polo celeste – Coordinate

alto-azimutali - Altezza del Polo celeste sull’orizzonte e latitudine geografica – Transito di un astro al meridiano – Altezza massima e minima di un astro sull’orizzonte – Stelle circumpolari – Stelle non visibili. Angolo orario e declinazione – Punti gamma e delta – Precessione degli equinozi - Ascensione retta e declinazione – Triangoli sferici e formule di passaggio dal sistema orizzontale a quelli equatoriali e viceversa .

•  Tempo siderale - Tempo solare medio – Tempo solare vero – Equazione del tempo – Calcolo dell’istante di levata, culminazione e tramonto di un astro – Calcolo delle coordinate alto-azimutali di un astro a un dato istante - Anno siderale – Anno tropico.

•  Moto apparente dei pianeti – Periodo siderale e periodo sinodico – Parallasse diurna –

•  Misura indiretta della parallasse solare. Dinamica del punto materiale – Dinamica dei sistemi – Leggi di conservazione – Teorema del viriale - Leggi di Keplero – Dinamica della precessione degli equinozi. Parametri orbitali e costanti del moto – Determinazione dell’eccentricità dell’orbita della Terra – Effetto Doppler e aberrazione della luce – Determinazione della velocità orbitale media della Terra. Intensità e flusso di radiazione – Intensità media da un disco stellare – Legge dell’inverso del quadrato della distanza – Emissione e assorbimento di radiazione – Equazione del trasporto e sua soluzione – Equilibrio termodinamico e corpo nero – Distribuzione di Planck. Flusso di radiazione emesso da una stella – Magnitudini apparenti – Indici di colore - Temperatura efficace – Temperatura di brillanza – Temperatura dal colore – Magnitudini assolute – Luminosità stellare – Effetto dell’assorbimento interstellare. Parallasse annua – Definizione del parsec – Anno luce. Temperatura efficace – Flusso e luminosità – Raggio – Massa – Gravità superficiale – Relazione massa-luminosità. Diagramma di Hertzsprung-Russell – Spettri stellari – Diagrammi magnitudine-colore – Classi di luminosità – Ruolo di Te e g – Parallasse spettroscopica – Cenni di evoluzione stellare.

Binarie visuali e determinazione delle masse stellari – Moto attorno al centro di massa –Terza legge di Keplero – Unità di misura fisiche e astronomiche – Binarie astrometriche e funzione di massa – Binarie spettroscopiche, effetto del sin i e funzione di massa –Binarie ad eclisse. Livelli energetici atomici – Assorbimento ed emissione di fotoni – Costante di Rydberg – Numeri quantici – Spettro dell’atomo d’idrogeno – Equazioni di Boltzmann e Saha – Determinazione dell’energia di un livello. Atmosfera a piani paralleli – Temperatura efficace e gravità superficiale – Variazione della pressione, della densità e della temperatura con la profondità – Spettro continuo e di righe – Allargamento delle righe spettrali – Coefficiente di assorbimento nel continuo e nelle righe - Curve di accrescimento e misura delle abbondanze stellari. Equazione dell’equilibrio idrostatico – Equazione del trasporto di energia radiativo e convettivo – Equazione di conservazione della massa – Equazione di conservazione dell’energia – Equazione di stato – Tasso di produzione di energia – Opacità - Determinazione della variazione radiale delle grandezze fisiche – Condizioni al contorno – Modelli stellari. Processi nucleari - Interazione debole – Interazione forte – Fusione termonucleare - Conversione massa-energia - Catena protone-protone – Ciclo del carbonio. Dimensioni, forma e struttura della Galassia – Popolazioni stellari – Statistica stellare - Funzione di luminosità – Ammassi aperti – Ammassi globulari – Distribuzione della materia interstellare - Materia oscura – Il centro della Galassia. Coordinate galattiche - Moto proprio delle stelle – Parallassi statistiche – Local Standard of Rest - Rotazione della Galassia - Costanti di Oort – Funzione di distribuzione di massa e massa totale della Galassia

Prof. Francesco Leone Laboratorio di Astrofisica (12 CFU)

I II •  Introduzione: •  Il sistema operativo linux, Interactive Data Language, Latex. La

radiazione elettromagnetica. I parametri di Stokes. L'atmosfera terrestre. Spettro di assorbimento ed emissione. Spettri Stellari: tipi spettrali e classi di luminosità. Trasformate di Fourier. Convoluzioni.

•  Strumentazione: •  Telescopi: ottica, aberrazioni, configurazioni, montature. Telescopi per

il visibile, X, ultravioletto, infrarosso e radio. •  Rivelatori: •  Segnali, segnali analogici, campionamento e digitalizzazione,

teorema di Nyquist. •  Caratteristiche generali: corrente di oscurita`, rumore di lettura e

rumore di fondo. •  Rivelatori nel visibile: cenni storici: lastra fotografica e

fotomoltiplicatori. Bolometri. CCD. Rivelatori nel radio e micronde: ricevitori. Rivelatori per raggi X e gamma.

•  Rivelatori per raggi cosmici e neutrini.

•  Metodi Osservativi: •  Imaging: Strumenti ottici per l'acquisizione di immagini. La

magnitudine monocromatica. Sistemi fotometrici. Luminosita` di fondo: cielo (luna), sistema solare, galassia. Imaging. Acquisizione immagini al telescopio. Riduzione dati con IRAF.

•  Spettroscopia: •  Spettrografi. Teoria. Configurazioni e loro proprietà. Acquisizione

spettri al telescopio. Riduzione dei dati con IRAF. Progettazione di uno spettrografo da banco e sua realizzazione in laboratorio ottico.

•  Polarimetria: •  Metodi per la misura del grado di polarizzazione sia lineare che

circolare in astrofisica. Acquisizione dati al telescopio e loro riduzione con IRAF.

•  Radioastronomia: •  Acquisizione dati da singola antenna e loro riduzione. •  Determinazione parametri stellari: •  Interazione radiazione materia. L'equazione del trasferimento

radiativo. I modelli di atmosfere stellari. Il codice ATLAS. L'emissione continua e le righe spettrali. Risoluzione numerica approssimata dell'equazione del trasporto radiativo con IDL. Il codice SYNTHE. Determinazione dei parametri stellari fondamentali dal confronto tra simulazioni numeriche e dati osservativi: velocità radiale, velocità di rotazione, micro e macro turbolenza. Temperature efficace, Gravità superficiale, Abbondanze Chimiche.

•  Analisi di serie temporali (Variabilità): •  Analisi di segnali periodici: determinazione delle frequenze.

Applicazione alle stelle variabili.

CCD mosaic

Serra La Nave, Etna 1700m

Serra La Nave, Etna

Radio Telescopio 32m, Noto

Prof. Alessandro Lanzafame Astrofisica (6 CFU)

•  Atmosfere stellari. •  Venti stellari. •  Atmosfere stellari in espansione. •  Materia circumstellare, dischi di accrescimento e jets

•  Formazione ed evoluzione delle galassie. •  Nuclei galattici. •  Cosmologia di campo vicino.

•  Struttura ed evoluzione delle stelle. •  Fasi finali dell'evoluzione stellare.

Prof. Francesca Zuccarello Magnetoidrodinamica (6 CFU)

ll campo elettromagnetico. Campo magnetico potenziale. Il potenziale elettrico scalare. Legge della induzione di Faraday. Campo magnetico di dipolo. Definizione di plasma. Distanza schermo di Debye. Oscillazioni del plasma. Diffusione in un plasma. Plasmi collisionali e non-collisionali. Forza di Lorentz. Moto delle particelle e moto del centro di guida. Momento magnetico. Punti specchio. Invarianti adiabatici. Punti di vista Euleriano e Lagrangiano. Forze agenti su un fluido. Equazione di continuità. Equazione del moto. Equazione di conservazione dell’energia. Sistema di equazioni della MHD. Equazione dell’induzione. Numero di Reynolds magnetico. Decadimento del campo magnetico in assenza di moto. Evoluzione del campo magnetico in presenza di moto del fluido e con una conduttività infinita. Legge di conservazione del flusso magnetico. Legge del congelamento magnetico. Punti neutri. Current sheet. Riconnessione magnetica. Meccanismo dinamo. Onde: equazioni di base e modi fondamentali . Onde acustiche. Onde magnetiche. Onde di gravità . Onde magnetoacustiche. Onde di shock.

Prof. Francesca Zuccarello Fisica Solare (6 CFU)

Interno del Sole: nucleo, zona radiativa, zona convettiva. Atmosfera solare: fotosfera, cromosfera, regione di transizione, corona. Rotazione differenziale. Strutture magnetiche presenti nell’atmosfera solare: regioni attive, macchie, facole, protuberanze, loop. Buchi coronali. Vento solare. Tecniche di osservazione dei diversi strati dell’atmosfera solare. Telescopi solari. Spettrografi. Filtri. Metodi di riduzione. Telescopi solari di nuova generazione. Modello solare standard. Misura del flusso di neutrini solari. Eliosismologia. Oscillazioni come mezzo diagnostico della struttura e della dinamica interne del Sole. Processi magnetici nella atmosfera solare. Galleggiamento magnetico dei tubi di flusso. Emersione di flusso magnetico nell’atmosfera solare. Formazione delle regioni attive. Macchie solari: caratteristiche fisiche e morfologiche. Campi potenziali e campi force-free. Estrapolazioni di campo magnetico. Processi di riconnessione magnetica. Riscaldamento cromosferico-coronale. Flare: caratteristiche osservative. Coronal Mass Ejection. Ciclo undecennale di attività solare. Cenni sul modello dinamo. Relazioni Sole – Terra. Space Weather. Metodologie di analisi dei dati solari acquisiti sia da Terra che dallo spazio.

Prof. Valerio Pirronello Fisica dello spazio (6 CFU)

•  1 – Il mezzo interstellare •  Evidenze osservative della presenza del mezzo interstellare – Distribuzione del mezzo interstellare nella

Galassia - Struttura multifase del mezzo interstellare – Nubi dense e molecolari – Nubi diffuse – Mezzo internubi – Gas coronale – Processi di raffreddamento e di riscaldamento delle nubi.

•  2 – Il gas interstellare •  Evidenze osservative – Composizione – Componente atomica e componente molecolare – Le specie più

importanti: H, H2, H2O, CO, CO2 ecc. – Idrocarburi policiclici aromatici – Fullereni. •  3 – Le polveri interstellari •  Evidenze osservative della presenza di polveri interstellari – Abbondanza delle polveri – Composizione –

Distribuzione in dimensioni dei grani interstellari – Morfologia – Importanza della presenza delle polveri – I mantelli ghiacciati sui grani – Siti di formazione dei grani interstellari.

•  4 – Processi fisico-chimici •  Reazioni in fase gassosa ed arricchimento chimico delle nubi – Interazione gas-polveri – I grani delle polveri

come catalizzatori – Tecniche sperimentali di investigazione delle reazioni catalizzate sulla superficie dei grani.

•  5 – I raggi cosmici •  Composizione – Distribuzione in energia – Propagazione all’interno dell’eliosfera – Meccanismi di

accelerazione – Interazione dei raggi cosmici con i grani del mezzo interstellare – Tecniche sperimentali di investigazione dei processi chimico-fisici indotti dai raggi cosmici.

•  6 – Formazione delle stelle •  Il criterio di Jeans per il collasso gravitazionale delle nubi interstellari – Frammentazione delle nubi – Teorema

del viriale – Formazione delle stelle e dei sistemi planetari. •  7 – Stelle e mezzo interstellare •  Sfere di Stroemgren – Generazione e propagazione di onde d’urto nel mezzo interstellare – Photon

Dominated Regions (PDR).

Dr. Corrado Trigilio Istituto Nazionale di Astrofisica

Radioastronomia (6 CFU) Cenni storici. La finestra radio. Definizioni base per la radiazione EM. Approssimazioni nella

banda radio. Temperatura di brillanza. Trasporto radiativo. Onde elettromagnetiche nei plasmi. Misura di dispersione. Rotazione di Faraday. Radiazione di dipolo elettrico. Radiazione di Bremsstrahlung. Radiazione di Sincrotrone. Effetto Compton Inverso. Effetto Sunyaev Zel’dovich. Radiotelescopi. Diagramma d’antenna. Ricevitori supereterodina, bolometri. Spettrometri. Sensibilità. Interferometria. Sintesi d’apertura. Il processo di mappatura. Interferometri attuali. Radiazione della Galassia. Mezzo interstellare. Emissione di sincrotrone e raggi cosmici. Campi magnetici galattici. Regioni HII. Polveri. La riga a 21 cm dell’H. Il diagramma HR nel radio ed emissione radio stellare. Venti stellari. Resti di supernovae. Pulsars. Galassie normali e starburst. Radiogalassie. Quasars. Energia radiosorgenti. Moti superluiminari. Nuclei galattici attivi e schemi unificati.

Very Large Array 27 km

Tesi == Attività di Ricerca

•  Fisica delle Atmosfere Stellari •  Fisica Solare •  Fisica del mezzo Interstellare •  Radioastronomia •  Tecnologie astronomiche

•  19 Istituti di Ricerca, 800 ricercatori •  5 Osservatori Astronomici sul territorio nazionale •  3 Radio Telescopi della rete europea Very Long Baseline

Interferometry

http://www.inaf.it

•  Telescopio Nazionale Galileo, 3.55m LaPalma

Large Binocular Telescope 2x8.4 m, Large Binocular Telescope 2x 8.4m Mount Graham

•  Missioni spaziali Europee

Gaia è una missione di astrometria il cui scopo è eseguire la più grande e più accurata mappa tridimensionale della nostra Galassia. Il lancio è previsto per l’autunno del 2012 .

European Southern Observatory

Member country Joined

•  Belgium 1962 •  Germany 1962 •  France 1962 •  Netherlands 1962 •  Sweden 1962 •  Denmark 1967 •  Switzerland 1981

•  Italy 1982

•  Portugal 2000 •  United Kingdom 2002 •  Finland 2004 •  Spain 2006 •  Czech Republic 2007 •  Austria 2008 •  Brazil 2010

Headquarters in Garching, Munich.

Chile •  Very Large Telescope Interferometer: 4x8.2 m •  10 telescopes 2-4 m La Palma •  Gran Telescopio CANARIAS 11 m

Llano de Chajnantor Observatory 5104 m Atacama Desert, Chile Atacama Large Millimeter Array (ALMA) 50 antenne in 16 x 16 Kmq

2020 E-ELT The European Extremely Large Telescope, 42 m

2020 EST The European Solar Telescope, 4 m