ASTROPHYSICS LABORATORY I

Scopo del corso é fornire una panoramica della attuale strumentazione utilizzata in ambiente astrofisico, delle sue applicazioni e importanza nel progresso scientifico. Verranno presentati i principi fisici alla base di questa strumentazione e, con particolare riferimento all'ottica, gli studenti avranno l'opportunità di apprendere le approssimazioni teoriche imposte dai limiti costruttivi e la loro codifica attraverso l’utilizzo di software professionali finalizzati alla progettazione della strumentazione astronomica. Obiettivo del corso è dare modo ad ogni singolo studente di acquisire autonomamente dati spettroscopici, fotometrici e radio utilizzando la strumentazione e i telescopi dell'Istituto Nazionale di AstroFisica. Gli studenti potranno apprendere e applicare in totale autonomia le tecniche oggi più utilizzate per la riduzione e l'analisi dei dati in ambiente Linux.

Obiettivo del corso é contribuire a: Trasformare conoscenze teoriche in applicazioni finalizzate alla misura di parametri fisici. Rafforzare la comprensione dell’interconnessioni tra aspetti teorici e sperimentali/osservativi, anche in ambiti interdisciplinari. Sviluppare la capacità critica nell'analisi e nell'interpretazione dei risultati scientifici sia osservativi che sperimentali. Rafforzare attraverso la progettazione e realizzazione di strumenti e software la capacità di analisi come suddivisione di un processo nelle sue parti fondamentali e nell'individuazione delle loro reciproche influenze e consequenzialità. Sviluppare la capacità di valutazione dei risultati attraverso il confronto con quanto riportato nella letteratura. Sviluppare il linguaggio necessario alla comunicazione degli argomenti oggetto del presente corso. Rafforzare la capacità di relazionare sulle attività svolte sia oralmente che per iscritto.

Oltre alle lezioni frontali, il corso prevede esperienze presso il “Laboratorio di Ottica” della Sezione Astrofisica. Compatibilmente con la disponibilità, saranno condotte osservazioni con i telescopi ottici e con il telescopio Cherenkov dell'Osservatorio Astrofisico di Catania (Serra La Nave), così come con il radio telescopio dell'Istituto di Radioastronomia (Noto). In ambiente Linux, ogni studente svolgerà autonomamente esercitazioni numeriche per la riduzione e l'analisi dei dati raccolti. Ancora compatibilmente con la disponibilità, durante il corso saranno tenuti seminari di approfondimento da ricercatori coinvolti nella progettazione, sviluppo e funzionamento di strumenti dedicati alle osservazioni astronomiche. Anche le attività osservative verranno svolte con la partecipazione di ricercatori esperti nel campo.

Nota: Qualora l'insegnamento venisse impartito in modalità mista o a distanza potranno essere introdotte le necessarie variazioni rispetto a quanto dichiarato sopra, al fine di rispettare il programma previsto e riportato nel syllabus.

Conoscenza di base dell’Informatica, dell’Elettromagnetismo e dell’Ottica.

Necessaria per poter utilizzare la strumentazione.

Introduzione

Il sistema operativo linux, Interactive Data Language, Latex.

La radiazione elettromagnetica. I parametri di Stokes.

Spettri Stellari. L'atmosfera terrestre.

Trasformate di Fourier. Convoluzioni.

Telescopi:

Ottica, aberrazioni

Telescopi configurazioni, montature per il visibile, ultravioletto, infrarosso e radio.

Telescopi per radiazione X, Gamma (Cherenkov) e per neutrini.

Rivelatori:

Segnali, campionamento e digitalizzazione.

Caratteristiche generali: rumore di lettura, rumore di fondo, efficienza, linearità.

Rivelatori nel visibile: fotomoltiplicatori, CCD.

Rivelatori nel radio e micronde.

Rivelatori per radiazione X, Gamma e per neutrini.

Strumentazione, metodi osservativi e riduzione dei dati:

Imaging: Camere per immagini. Sistemi fotometrici.

Acquisizione immagini al telescopio. Riduzione dati. Misura di magnitudine e astrometria.

Spettroscopia: Spettrografi. Configurazioni e loro proprietà.

Polarimetria: Metodi per la misura del grado di polarizzazione sia lineare che circolare in astrofisica.

Ottica numerica: Progettazione di camere per immagini e spettrografi per telescopi ottici.

Radioastronomia: Acquisizione dati da singola antenna.

Archivi: Utilizzo degli archivi dei maggiori osservatori astronomici.

Gray D.F., The observation and analysis of stellar spectra – Cambridge Astrophysics Series

Kitchin C.R., Astrophysical Techniques - Publisher Institute of Physics Publishing

Mihalas D., - Stellar Atmospheres. - San Francisco: W. H. Freeman & Company

L'esame prevede la stesura di una relazione su una attività osservativa o sperimentale concordata e svolta durante il corso. La relazione dovrà essere consegnata al docente almeno due giorni prima dell’esame. La verifica dell’apprendimento è affidata ad un esame finale orale su tutti gli argomenti del programma.

Gli studenti potranno iniziare l’esame con l’esposizione dell’argomento trattato nella relazione anche utilizzando dispositivi multimediali, quali una presentazione ppt.

La verifica dell’apprendimento potrà essere effettuata anche per via telematica, qualora le condizioni lo dovessero richiedere.

Criteri per l’attribuzione del voto finale:

Alla formulazione del voto finale concorreranno in egual misura la relazione sull’esperienza condotta durante il corso i risultati, la padronanza mostrata nelle argomentazioni sia in termini qualitativi che quantitativi, la conoscenza degli argomenti affrontati durante il corso con particolare riferimento alla capacità di mettere in correlazione le varie parti del programma.

TESINE FREQUENTI E/O ESEMPI DI DOMANDE

· Determinazione del periodo orbitale di sistemi binari dalla variazione fotometrica.

· Determinazione dei raggi stellari di binarie ad eclisse.

· Determinazione della temperatura efficace da

· Proprietà ottiche dei telescopi e loro aberrazioni.

· Tecniche, limiti e vantaggi della fotometria CCD.

· Potere risolutivo e caratteristiche costruttive di uno spettrografi.

· Rivelatori per l’astronomia gamma e dei neutrini.