ASTROFISICA SPERIMENTALE (FIS/01)

ASTROFISICA SPERIMENTALE (FIS/01)

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iten
Codice
104648
ANNO ACCADEMICO
2021/2022
CFU
6 cfu al 2° anno di 9012 FISICA (LM-17) GENOVA
SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE
FIS/01
SEDE
GENOVA (FISICA)
periodo
2° Semestre

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il Corso si propone di fornire i fondamenti della Astrofisica
sperimentale con particolare riferimento alla realizzazione ed utilizzo
di  strumentazione per osservazione del cosmo.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Alla fine del corso lo studente avrà conoscenze riguardanti: elementi 
di astrofisica generale; principi ed applicazione dell'ottica fisica ed
ottica geometrica; rivelazione delle radio-onde, dei raggi X e raggi
gamma di origine cosmica; elementi di image processing e di riduzione
informatica del dato astronomico dalla rilevazione all’uso scientifico.
Lo studente acquisirà inoltre le competenze necessarie a fornire
semplici risposte strumentali ed osservative a comuni problemi di
interesse per l’astrofisica moderna.

Modalità didattiche

Lezioni frontali alla lavagna con ausilio di slide

PROGRAMMA/CONTENUTO

*Introduzione Generale – 6 ore*
• Fisica fondamentale propedeutica per la comprensione della produzione e rivelazione di fotoni.
o Interazione radiazione materia: effetto fotoelettrico, Compton e Compton inverso, produzione di coppie.
o Radiazione Cherenkov. Extended air showers
o Meccanismi di emissione di base di sorgenti astrofisiche: BlackBody, Bremsstrahlung, Ciclo-Synchrotron emission, Inverse Compton. Esempi di relative sorgenti astrofisiche.
• Dallo spettro elettromagnetico all’Astrofisica multimessenger

*Optical-NIR Astrophysics*
*• Elementi di ottica. (6 hrs)*
o Legge di Snell, Rifrazione, riflessione. Principi di ottica geometrica e Fisica.
o Aberrazioni e impatto sulla strumentazione di interesse astrofisico
o Modelli parassiali (Ottica Geometrica) e Ray Tracing.
o Concetti di pupilla e piano focale
o Telescopi e loro design principali. Vantaggi e svantaggi

• Strumenti di Imaging (6 hrs)
o Focal reducers, sistemi fotometrici e concetti di parametri osservabili (magnitudine, surface brightness, ecc.)
o Concetti di plate scale, F-Number e parametri ottici.
o Point spread function.
o Esempi di strumentazione
o Data reduction. Uso di SExtractor. Principi di fotometria.

*Spettroscopia (6 hrs)*
o Elementi disperdenti (grating) e concetti di base di spettroscopia.
o Concetto di spectral range, spectral power, resolution, dispersione
o Grating-based instrumentation e applicazioni
o Echelle grating
o Strumentazione ad altissima risoluzione e stabilit . Esempi (HARPS, ESPRESSO)
o MOS – Multi object spectrographs
o Data reduction. Utilizzo di IRAF/Python per riduzione di spettri long-slit

*High Energy Astrophysics*
• *X-Ray astronomy (3 hrs)*
o Specchi per telescopi X
o Rivelatori fotoni X. Applicazioni a strumentazione spaziale. Valutazione delle perfomances e confronto con strumentazione OPT-NIR
o Prospettive future (e.g. ATHENA)
• *Gamma-Rays astronomy. (3 hrs)*
o Maschere codificate. Rivelazione di fotoni gamma
o Missioni gamma: AGILE e FERMI. Strumentazione e risultati fondamentali.
Limiti nel range energetico

• *Ultra High Energy (UHE) gamma-ray astronomy. (6 hrs)*
o Perchè osservare fotoni gamma da Terra.
o Telescopi Cherenkov. Concetti fondamentali della strumentazione Cherenkov. Specchi, camere Cherenkov. Meccanismi di rivelazione dei fotoni e distinzione dal background
o MAGIC, HESS, VERITAS.
o ASTRI e CTA. Nuova finestra osservativa nello spettro elettromagnetico > 20TeV.
o Applicazioni astrofisiche sinergiche alla Fisica Fondamentale e di Laboratorio
o Utilizzo di strumenti di data-analysys e di simulazione per telescopi Cherenkov. Il caso della suite ctools.

*Radio Astronomy (3 hrs)*
• Meccanismi di rivelazione della radiazione (ADC, antenne, supereterodina, etc)
• Sistemi single dish. Vantaggi e svantaggi. Esempi di strumentazione e applicazione astrofisica (e.g SRT)
• Sistemi beam forming (low frequency). LOFAR, SKA-LOW e applicazioni astrofisiche. Vantaggi e svantaggi.
• Interferometria. Alta risoluzione spaziale radio (SKA-mid, EHT).
• Accenni a millimetrico e submillimetrico (e.g. ALMA)
*Esercitazione (6 hrs)*
• Scrittura di un proposal ESO per lo spettrografo XSHOOTER
• Preparazione di osservazioni con il sistema p2 di ESO
 

TESTI/BIBLIOGRAFIA

1. Attilio Ferrari – Stelle, Galassie ed Universo

2. Howell – Introduction to CCD astronomy

3. Kraus – Radio Astronomy

4. Radiative processes in Astrophysics – Ghisellini

5. Papers vari + dispense

LEZIONI

Modalità didattiche

Lezioni frontali alla lavagna con ausilio di slide

ORARI

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile su EasyAcademy.

ESAMI

Modalità d'esame

colloquio orale sugli argomenti del corso (approx. 30-40 minuti) oppure sviluppo e presentazione di una tesina su argomento specifico (approx 20-30 minuti) e domande brevi sulle parti del corso (approx 10 minuti).
 

Modalità di accertamento

L'esame orale è sempre condotto dal docente responsabile e da un altro esperto della materia, e ha una durata di circa 45 minuti.  E’ articolato su una parte predefinita e sviluppata dallo studente e da ulteriori domande che, traendo spunto dalla prima parte, vertono su tutto il  programma d’esame.

Cio' consente alla commissione di giudicare, oltre che la preparazione, il grado di raggiungimento degli obiettivi di comunicazione, autonomia e chirezza logica nell'esposizione.

Con queste modalità è possibile verificare con elevata accuratezza il raggiungimento degli obiettivi formativi dell'insegnamento. Quando questi non sono raggiunti, lo studente è invitato ad approfondire lo studio e ad avvalersi di ulteriori spiegazioni da parte del docente titolare.