Astrophysics and Cosmology - Astrofisica e Cosmologia

Parte 1 - Richiami di cosmologia fisica ___________________________________________________________________________ -Cenni storici -Principio cosmologico -Principio di equivalenza -Curvatura e sue implicazioni -Metrica -Metrica di Friedmann-Robertson-Walker -Dinamica in relatività generale -Equazioni di Friedmann -Parametri di densità e costante cosmologica -Soluzioni peculiari delle equazioni di Friedmann -Modello Benchmark -Età dell'universo -Distanze in un universo in espansione Parte 2 – Prove del Big Bang: geometria ed espansione ___________________________________________________________________________ -Misure di distanza: definizioni -Candele standard e regoli standard -La scala delle distanze -Candele standard cosmologiche -Supernovae di tipo Ia: problematiche osservative -Standardizzazione delle curve di luce di supernovae di tipo Ia -Risultati cosmologici da misure di distanza -Densità di Energia Oscura da Supernovae -La misura di H0 Parte 3 – Prove del Big Bang: radiazione cosmica di fondo ___________________________________________________________________________ Parte 3a – lo spettro del fondo cosmico -Scoperta e significato della Radiazione di Fondo Cosmico -Origine dello spettro di corpo nero del fondo cosmico a microonde -Ricombinazione, Disaccoppiamento, Ultimo scattering -CMB: gli anni delle conferme osservative -Rassegna dei risultati di COBE -Cenni alle distorsioni spettrali del fondo cosmico Parte 3b – anisotropie del fondo cosmico -Anisotropie di CMB: quantità di base -Spettro di potenza delle anisotropie: struttura e caratteristiche -Misure di anisotropia di temperatura -Dalle mappe agli spettri di potenza (alla cosmologia) -Risultati di misure di anisotropia di temperatura -Anisotropie di polarizzazione -Polarizzazione della CMB: stato attuale e prossimo futuro Parte 4 – Prove del Big Bang: abbondanze dei nuclei leggeri ___________________________________________________________________________ -Nucleosintesi primordiale -Sintesi del deuterio -Canali per la sintesi dell’elio -Fine della nucleosintesi -Predizioni osservative -Problematiche osservative -Vincoli osservativi attuali Parte 5 – Strutture a larga scala ___________________________________________________________________________ -Strumenti formali per lo studio della struttura a larga scala -Spettro di potenza della materia -Statistica a due punti e clustering delle galassie -Oscillazioni acustiche dei barioni (BAO) -BAO: osservazioni -Cosmologia dal clustering di galassie -Lensing gravitazionale debole -Cosmologia con surveys di lensing debole Parte 6 – Ammassi di galassie ___________________________________________________________________________ -Ammassi di galassie: definizioni -Proprietà osservabili -Gas negli ammassi -Cosmologia con ammassi di galassie Parte 7 – Mezzo intergalattico e reionizzazione cosmica ___________________________________________________________________________ -Mezzo intergalattico -Reionizzazione -Sonde osservative della reionizzazione -Mappe di HI attraverso la riga a 21cm Appendice: Metodi bayesiani in cosmologia ___________________________________________________________________________ -Teorema di Bayes -Vantaggi dell’approccio bayesiano -Inferenza bayesiana -Selezione di modelli

E’ richiesta familiarità con i processi astrofisici, astronomia e statistica. E’ consigliabile la conoscenza degli aspetti formali della cosmologia fisica.

S. Serjeant, “Observational Cosmology”, Cambridge University Press, 2010 B. Ryden, "Introduction to Cosmology", Cambridge University Press, 2017

Il corso consta di circa 60 ore di lezione. Le lezioni frontali danno le basi per comprendere la parte di teoria che poi andrà approfondita sui testi e sulla bibliografia consigliata.

Frequenza non obbligatoria, ma fortemente consigliata per aiutare lo studente a selezionare il materiale più rilevante nella abbondante bibliografia e letteratura utilizzata per presentare gli agomenti del programma.

L’esame consiste in una prova orale. Durante la prova, al candidato è richiesto di presentare attraverso strumenti di visualizzazione di sua scelta (carta, lavagna, proiezione di slides) un argomento a sua scelta, di interesse per la moderna cosmologia osservativa, effettuando una breve rassegna che esponga il caso scientifico, le metodologie, i risultati finora ottenuti e le eventuali prospettive future. Successivamente, il candidato deve sostenere un colloquio mirato ad esplorare la sua comprensione formale di argomenti del programma non coperti in dettaglio nella presentazione precedente. La preparazione viene valutata in base alla correttezza formale delle affermazioni, all’efficacia comunicativa, alla chiarezza espositiva, alla capacità di sostenere una discussione articolata sugli argomenti trattati e alla consistenza dei riferimenti bibliografici forniti durante la presentazione iniziale. Alla presentazione e al successivo colloquio vengono assegnate valutazioni indipendenti, che pesano in uguale misura sulla determinazione del voto finale. La prova di esame ha una durata non inferiore a 60 minuti.

Il corso consta di circa 60 ore di lezione. Le lezioni frontali danno le basi per comprendere la parte di teoria che poi andrà approfondita sui testi e sulla bibliografia consigliata.