Astrophysics and Cosmology - Astrofisica e Cosmologia

Modulo 1 – Introduzione e panoramica - Breve storia della formazione delle galassie (MVW §1.4, CFN §1.1) - Diversità della popolazione galattica (MVW §2.3, CFN Cap. 3–5) - Elementi di base dell’evoluzione galattica e scale temporali caratteristiche (MVW §1.2) - Dalla prima luce alle galassie attuali (CFN §§1.4–1.6) Modulo 2 – Cosmologia e Universo in espansione - L’Universo in espansione (CFN §2.1, MVW §3.1) - Dinamica dell’Universo (CFN §2.2, MVW §3.2) - Il modello cosmologico standard (CFN §2.3, MVW §3.2) - Storia termica dell’Universo (CFN §§2.4–2.6, MVW §§3.3–3.5) - Equazioni dei fluidi in coordinate comoventi (CFN §7.3.1; MVW §4.1) Modulo 3 – Crescita delle strutture - Crescita lineare delle perturbazioni cosmologiche (CFN §7.3.1, MVW §4.1) - Spettro di potenza delle perturbazioni di densità lineari (CFN §§7.4.1–7.4.2, MVW §§4.3–4.5) - Crescita non lineare e modello di collasso sferico (CFN §7.3.2, MVW §5.1) - Collasso e virializzazione; formazione degli aloni di materia oscura - Abbondanza degli aloni di materia oscura: formalismo di Press–Schechter (CFN §7.4.3, MVW §7.2) - Teoria estesa di Press–Schechter (CFN §7.4.4, MVW §7.3) - Alberi di fusione e storie di accrescimento degli aloni (CFN §7.4.4, MVW §7.3) - Proprietà degli aloni di materia oscura (CFN §§7.5.2–7.5.4, MVW §7.5) Modulo 4 – Raffreddamento del gas e mezzo interstellare - Accrescimento e raffreddamento del gas: raffreddamento Compton (MVW §8.1 e App. B; CFN §8.1 e App. D) - Processi radiativi in gas caldo e collisionale; funzione di raffreddamento - Urti di accrescimento e raffreddamento radiativo degli aloni gassosi (MVW §§8.4.1–8.4.2) - Accrescimento “hot” e “cold” (Birnboim & Dekel 2003; CFN §8.2.4, MVW §8.4.4) - Condizioni per la formazione delle prime stelle (Tegmark et al. 1997) - Mezzo interstellare: instabilità termica e composizione - Diapositive e tabelle tratte da Draine disponibili Modulo 5 – Processi radiativi e mezzo interstellare (ISM) - Equazione del trasferimento radiativo (Draine §§7.2–7.4) - Regioni H II e sfere di Strömgren (Draine §15.1, CFN §4.2.3) - Emissione da gas fotoionizzato: ricombinazione dell’idrogeno (Draine §§14.1–14.2, CFN §4.2.3) - Diagnostica delle nebulose (Draine §§18.1–18.5, CFN §4.2.3) - Gas atomico neutro (Draine §§8.1–8.2, CFN §4.2.1) - Gas molecolare e polvere interstellare (CFN §4.2) - Polvere interstellare (CFN §4.2; revisione di Draine) - Nubi molecolari giganti (MVW §9.1; Krumholz, Star Formation Cap. 8) Modulo 6 – Formazione stellare e popolazioni stellari - Stabilità e frammentazione delle nubi molecolari (Kippenhahn, Weigert & Weiss §§26.2–26.3) - Dai nuclei protostellari alla fase di pre-sequenza principale - Funzione di massa iniziale stellare (MVW §9.6) - Legge di formazione stellare su scala galattica (Krumholz §3.1, Cap. 9) - Sintesi di popolazioni stellari (MVW §10.3) - Evoluzione chimica (MVW §10.4) - Processi di feedback: Feedback meccanico (CFN §§8.7.2–8.7.4), Feedback radiativo (Klessen & Glover 2023 §4.3.2), Feedback fotoionizzante e chimico Modulo 7 – Reionizzazione cosmica - Mezzo intergalattico e foresta Lyman α (CFN §9.8.1) - Sistemi Lyman α smorzati e sistemi limite Lyman (CFN §9.8.3) - Metalli nel mezzo intergalattico (CFN §9.8.4) - Reionizzazione cosmologica (CFN §9.9) - Trasferimento radiativo in un Universo in espansione (Gnedin & Madau 2022 §§2.4–2.5; §3.1.1) Modulo 8 – Osservare le galassie - Emissione galattica a diversi redshift, colori e correzioni K (Hogg et al. 2002) - Tecniche di SED fitting, redshift fotometrici e survey galattiche - Galassie Lyman-break (CFN §11.2) - Proprietà statistiche delle galassie: Sequenza principale delle galassie (CFN §4.4.4), Funzione di luminosità (CFN §3.5.1), Bias di Malmquist ed Eddington (CFN §11.2.2) - Evoluzione della densità di tasso di formazione stellare cosmica (CFN §11.3.4) - Evoluzione della densità di massa stellare (CFN §11.3.9) - Morfologie galattiche (§3.1), distribuzione di massa (§§4.3.1–4.3.3), relazioni di scala (§4.4.1) Modulo 9 – Le prime galassie e i buchi neri - Galassie con formazione stellare nell’Universo primordiale - Prima generazione di galassie e buchi neri - Buchi neri e AGN nell’Universo primordiale

È indispensabile che gli studenti abbiano le conoscenze previste per l'acquisizione di una laurea triennale in Fisica o in Astronomia e Astrofisica. Si richiedono competenze specifiche in fisica classica, struttura della materia, fisica nucleare e meccanica quantistica. È importante che gli studenti abbiano conoscenze a livello di laurea magistrale di astrofisica stellare e processi radiativi in astrofisica.

I principali libri di testo utilizzati durante le lezioni sono: MVW: Mo, Van den Bosch e White, Galaxy Formation and Evolution, Cambridge University Press (2010) CFN: Cimatti, Fraternali, Nipoti, Introduction to Galaxy Formation and Evolution, Cambridge University Press (2020) SP: Stahler & Palla, The Formation of Stars, Wiley VCH (2004) Draine: Physics of the Interstellar and Intergalactic Medium, Princeton University Press (2011) Questi testi saranno integrati con articoli scientifici di riferimento su argomenti specifici.

La frequenza delle lezioni non è obbligatoria ma fortemente raccomandata.

La valutazione si basa su una prova orale nella quale verranno accertate le conoscenze acquisite durante il corso. Sarà proposta la possibilità di una valutazione in itinere sulla prima parte del corso mediante una prova scritta.

La modalità di svolgimento del corso prevede lezioni frontali alla lavagna.