Anno Accademico 2011/2012

Il Percorso di AstrofisicaLaurea Magistrale in Fisica

! ASTRONOMIA I + II (6 + 6) Marco Bersanelli

! LABORATORIO DI STRUMENTAZIONE SPAZIALE I + II (6 + 6) AnielloMennella, Davide Maino

! ASTROFISICA NUCLEARE RELATIVISTICA I + II (6 + 6) PierrePizzochero

! FISICA COSMICA (6) Giuseppe Lodato

! ASTROFISICA TEORICA I + II (6 + 6) Giuseppe Bertin

! COSMOLOGIA (6) Marco Lombardi, Davide Maino

Corsi di Astrofisica e Docenti

“fortemente consigliati”

“Consigliati”

Astronomia I + II (Bersanelli)

• Struttura e evoluzione stellare• Astrofisica galattica• Astrofisica extragalattica e cosmologia• Sistema solare, astrobiologia

Modulo I

Modulo II

Approfondimenti dal punto di vista sia concettuale chesperimentale-osservativo

Prevalentemente dedicato all’astronomia otticaCenni di astronomia in tutto lo spettro elettromagnetico

Introduzione a tecnologie utilizzate per osservazioni astronomicheda terra e dallo spazio alle diverse lunghezze d’onda

Esercitazioni: Dott. Maurizio Tomasi

Contenuti:

Astronomia I + II (Bersanelli)

Requisiti:

Concetti di fisica della Laurea Triennale

Ripresa e approfondimento di nozioni presentate nel Corso"Introduzione all'Astrofisica“

Esame:

Colloquio orale, a partire da un semplice esercizio

Forti interconnessioni con altri indirizzi (nucleare, fisica dellamateria, particelle elementari, fisica applicata, …)

Laboratorio di StrumentazioneSpaziale I+II (Mennella e Maino)

! Tecniche e misure a microonde utilizzate in ambitoastrofisico per studiare la radiazione cosmica di fondodallo spazio (missione ESA - Planck)

! Progettazione e simulazione di componenti ottiche amicroonde (antenne corrugate, antenne a riflettore)

! Simulazione e analisi dei dati di esperimenti spaziali perla misura del fondo cosmico

Contenuti:

! Familiarita' con sistema di misure e con la conduzione diesperimenti

! Senso critico nella pianificazione dei test e dell'analisi deirisultati

Obiettivi:

DASI (polo sud)

Planck

Laboratorio di StrumentazioneSpaziale I+II (Mennella e Maino)

! Introduzione teorica all'ambito scientifico (fondo di radiazione cosmica amicroonde)

! Introduzione teorica alle metodologie, tecniche e strumentazioni utilizzate

Tappa 1:

Tappa 2:

! Progettazione e simulazione diantenne corrugate a microonde

! Misure in radiofrequenza per lacaratterizazione di antennecorrugate a microonde

Risposta angolare di un’antenna

Laboratorio di StrumentazioneSpaziale I+II (Mennella e Maino)Tappa 3:

Tappa 4:Antenna sotto test su stadio rotante

! Misure effettuate a 30, 35 e70 GHz in camera anecoica

! Progettazione e simulazione di un sistema ottico (antenna + telescopio) amicroonde

! Simulazione di una misura di anisotropia di fondo cosmico medianteun'osservazione dallo spazio

Ray tracing

Simulazione di osservazione di fondocosmico

Astrofisica Nucleare Relativistica(Pizzochero)

La maggior parte dei segnali chericeviamo dall’Universo proviene dallestelle. Lo studio dell’Astrofisica

Stellare e’ quindi fondamentale pertutte le tematiche astrofisiche,cosmologiche o astroparticellari.Vengono collegate le proprieta’subatomiche della materia a quellemacroscopiche dell’oggetto stellare.Il corso e’ istruttivo per tutti glistudenti con interessi teorici, nucleari,subnucleari o di fisica della materia.

Interdisciplinarieta’:

Capire principi e processi fisici alla base del ciclo evolutivo stellare: dalla condensazionedi un gas interstellare, alle condizioni per l’accensione delle varie reazioni nucleari, agliultimi stadi caratterizzati da condizioni di degenerazione quantistica e relativita’ delleparticelle costituenti e da stati della materia stellare altamente esotici, con emissione dienergia in banda X, ! e in neutrini (stelle compatte).

Obiettivi:

Astrofisica Nucleare Relativistica(Pizzochero)Modulo I (Introduzione alla Struttura Stellare):

Modulo II (Astrofisica delle Stelle Compatte):

Studio delle stelle compatte (nane bianche, supernovae, stelle dineutroni e pulsars, sorgenti X e ! compatte, magnetars, GRBs).Effetti indotti dalla forza gravitazionale sulle interazioni deboli(neutronizzazione della materia, emissione e diffusione dineutrini) e sulle interazioni forti (stelle di quarks, superfluidita’nucleonica nelle pulsars). Caratteristiche fisiche della materiaall’interno delle stelle compatte e proprieta’ osservabili. Stabilita’gravitazionale. Tali stadi finali dell’evoluzione stellare sono allafrontiere dell’attuale astrofisica relativistica.

Principi generali dell’Astrofisica Stellare (proprieta’ e equazionedi stato della materia stellare; struttura e evoluzione stellare,stabilita’ gravitazionale, produzione e trasporto di energia,diffusione radiativa e atmosfera stellare, modelli stellari analitici).Interpretazione del diagramma HR. Condizioni fisiche dellamateria stellare nei vari stadi evolutivi. Dalle equazioni dellastruttura stellare alle proprieta’ osservate in sequenza principale.

Fisica Cosmica (Lodato)

! Verranno discussi i processi fisici che stanno allabase della formazione stellare e planetaria, dallaformazione ed evoluzione delle nubi molecolarifino allo sviluppo del disco protostellare, all’internodel quale si formano i pianeti. Questo ultimoaspetto ha recentemente attratto molta attenzione acausa della scoperta, durante l’ultimo decennio, diun grande numero di pianeti extra-solari, che hapermesso di studiare le proprietà dei sistemiplanetari sulla base di un campione statistico dioggetti piuttosto che di una singola realizzazione.

! Il Corso si rivolge fondamentalmente agli studenticon interesse astrofisico, ma poichè tratta diversiaspetti fondamentali (fluidodinamica, interazioneradiazione-materia) è istruttivo per studenti coninteresse per fisica teorica o fisica della materia.

Fisica Cosmica (Lodato)

Processi fisici di base:

Formazione di Stelle e Pianeti:

Simulazione numerica di undisco di accrescimento

• Questa parte e’ istruttiva per gli studenti con interesseteorico, astrofisico o di fisica della materia.

• Interazione radiazione-materia: scattering Thomson,scattering Rayleigh, radiazione di ciclotrone e di sincrotrone,radiazione di bremsstrahlung, fondamenti di trasportoradiativo. Effetto Compton e Compton inverso.

• Astrofisica dei fluidi: Equazioni fluide. Sfere politropiche,dischi autogravitanti. Onde sonore, onde d’urto. Instabilitàgravitazionale, termica, convettiva. Accrescimento.Turbolenza.

! Struttura ed evoluzione delle nubi molecolari. Frammentazione turbolenta.

! Leggi di scala per le nubi molecolari. Funzione iniziale di massa per le stelle (IMF). Modelli diformazione stellare.

! Struttura ed evoluzione dei dischi protostellari. Modelli di formazione planetaria.

Astrofisica Teorica I + II (Bertin)

• Alcuni temi importanti dell’astrofisicaextragalattica

• Struttura, dinamica, formazione, evoluzione dellegalassie

• Sistemi complessi autogravitanti, metodi per laloro descrizione, affinita’ con la fisica dei plasmi

Contenuti:

A partire da molti esempi concreti, lo studente imparera’ ariconoscere che i problemi piu’ interessanti, anche dal punto divista teorico, sono identificati a partire da un quadrofenomenologico ampio e dettagliato.

Formulazione rigorosa di interrogativi e di modelli relativamentesemplici. Metodi di indagine analitici.

Astrofisica Teorica I + II (Bertin)

! Caratteristiche fisiche delle galassie.

! Descrizione fluida e cinetica delle galassie. Sistemi di Ncorpi. Meccanismi di rilassamento. Il problema delladinamica “autoconsistente”.

! Dinamica delle galassie a spirale. Dalle orbite stellari,all’instabilita’ di Jeans, alle onde di densita’ e ai modiglobali discreti responsabili del “grand design” a spirale.

Modulo I (fenomenologia, modelli generali, galassie spirale):

Modulo II (materia oscura, galassie ellittiche, contesto cosmologico):

! Materia oscura nelle galassie e negli ammassi. Dinamicadei sistemi stellari non-collisionali.

! Dinamica degli ammassi globulari e delle galassieellittiche. Collasso non-dissipativo e formazione dellegalassie. Leggi di scala e evoluzione delle galassie.

(I moduli sono indipendenti e possono essere seguiti nell’ordine desiderato)

Cosmologia (Lombardi e Maino)

Obiettivi:

Introduzione alla cosmologia moderna, con particolare attenzione aiprogressi in campo osservativo. Studio dell’Universo e delle leggi generaliche lo governano nel suo insieme.

Prerequisiti:

Corsi di Matematica e Fisica della Laurea Triennale.

Consigliabile aver gia’ seguito Astronomia o Astrofisica Teorica. Chi ha gia’seguito Introduzione alla Relativita’ potra’ meglio apprezzare alcuni degliargomenti trattati.

Cosmologia (Lombardi e Maino)

Parte I (Introduzione elementare):

Parte II (Introduzione alla Relativita’ Generale e applicazioni alla Cosmologia):

Parte III (Cosmologia osservativa):

• Vengono ricavati molti risultati di interesse cosmologico usando lafisica classica e l’omogeneita’ dell’universo su grande scala. Legge diespansione di Hubble. Leggi di Friedmann.

• Richiami di Relativita’ Ristretta. Elementi di Relativita’ Generale.Redshift. Effetti della distanza su luminosita’ e dimensioni angolari dioggetti osservati.

• Nucleosintesi cosmologica. Disaccoppiamento di neutrini eradiazione. Formazione di strutture. Campi di velocita’ e deviazioni dalflusso di Hubble. Lenti gravitazionali. Misure di geometria ad alto redshift.La radiazione di fondo cosmico (CMB). Inflazione.

Il Percorso nel NuovoOrdinamento

LEGENDA

Le tipologie di attivita’ formative (TAF) sono le seguenti:

b) Caratterizzanti

c) Affini o integrative

d) A scelta dello studente

e) Prova finale

f) Altre attivita’

PRIMO ANNO

PRIMO SEMESTRE

T

A

F

C

F

U

SECONDO SEMESTRE

T

A

F

C

F

U

Elettrodinamica classica b 6 Astronomia II modulo b 6

Astronomia I modulo

b 6

Corso a scelta fra i caratterizzanti

b 6

Metodi matematici della fisica:

equazioni differenziali b 6

Laboratori o di strumentazione

spaziale II modulo c 6

Laboratori o di strumentazione

spaziale I modulo c 6 Corso a scelta d 6

Corso a scelta tra i caratterizzanti b 6 Corso a scelta d 6

TOTALE CFU 30 TOTALE CFU 30

SECONDO ANNO

PRIMO SEMESTRE

T

A

F

C

F

U

SECONDO SEMESTRE

T

A

F

C

F

U

Tesi di Laurea e 18 Tesi di Laurea e 22

Un corso di settore FIS03 o FIS04 b 6 Preparazione tesi f 8

Corso a scelta della Tabella A c 6

TOTALE CFU 30 TOTALE CFU 30

Il Percorso nel NuovoOrdinamento

TABELLA A

Tutti i corsi di SSD FIS05 ed inoltre altri corsi relativi a:fisica dei continui, fisica dei plasmi, relativita’ generale, simulazioni

numeriche, metodologie di analisi dati, meccanica celeste, ottica.

Tesi di Laurea Magistrale

! Con la tesi lo studente viene a conoscere in cosa consiste fare ricerca.

! Spesso con la tesi lo studente e’ esposto a contatti con altri gruppi di ricerca, fuori delDipartimento, anche in ambiente internazionale. Viene quindi a conoscere in cosa consiste lospirito di una collaborazione scientifica.

! I temi di ricerca attivi nel Dipartimento sono di punta e coprono uno spettro ampio rispettoalle maggiori tematiche della astrofisica moderna. Essi hanno il loro riferimento naturalenelle grandi iniziative osservative dell’astrofisica moderna (HST, PLANCK, HERSCHEL,ALMA, JWST).

! Uno dei grandi vantaggi dei nostri studenti e’ che, oltre alle opportunita’ presenti nelDipartimento, essi possono usufruire di un ambiente di ricerca estremamente ricco equalificato, offerto dall’area milanese: alcune tesi sono svolte di fatto in co-tutela con uncontributo importante di altre sedi e enti di ricerca presenti nell’area (INAF - Osservatorio:Brera e Merate; INAF - IASF, via Bassini).

Prospettive dopo la LaureaMagistrale

! Per molti, la Laurea Magistrale del Percorso in Astrofisica e’ intrapresa con lasperanza di un prossimo inserimento nella Ricerca. In questo caso, laprospettiva immediata e’ quella di intraprendere un Corso di Dottorato e dicercare successivamente posizioni temporanee (“postdoc”) che auspicabilmenteporteranno a un posto di ricercatore all’Universita’ o in un Ente di Ricerca(Osservatori o altri Centri).

! In realta’, la formazione che lo studente possiede completando la LaureaMagistrale da’, come per altri Percorsi in Fisica, valide alternative. Inparticolare, una formazione di tipo sperimentale/osservativo puo’ aprire lastrada verso l’industria. Una formazione di tipo numerico/modellistico puo’aprire strade ancora piu’ generali.

! Anche l’insegnamento nella scuola secondaria viene spesso considerato.