ASTROPHYSICS LABORATORY II

Scopo generale del corso Laboratorio di Astrofisica II è dare allo studente i mezzi necessari per l’acquisizione, la riduzione e l'interpretazione di dati spettroscopici e spettropolarimetrici ad alta risoluzione spettrale. Con maggior riferimento alle atmosfere stellari, si affronterà il problema delle risoluzione numerica dell’equazione del trasporto radiativo. Verrano fornite le basi per la determinazione dei parametri stellari dal confronto tra spettri osservati e teorici. Verrà anche mostrato come questi metodi e tecniche possono essere applicati ai plasmi di laboratorio dove, in condizioni controllate di temperatura e densità, possono permettere la determinazioni di costanti atomiche fondamentali.

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 osservazioni spettroscopiche e spettropolarimetriche con la strumentazione dell'Osservatorio Astrofisico di Catania (Serra La Nave). Ogni studente, in ambiente Linux, svolgerà autonomamente esercitazioni numeriche e la riduzione di dati.

Il corso prevede esercitazioni per la realizzazione di modelli numerici delle atmosfere stellari e la risoluzione dell'equazione del trasporto radiativo utilizzando i codici in equilibrio termodinamico locale ATLAS e SYNTHE. Mentre per i plasmi in non equilibrio termodinamico si farà uso del codice CHIANTI.

Individualmente, ogni studente provvederà alla scrittura dei necessari codici per la determinazione dei parametri stellari sulla base del confronto tra spettri osservati e spettri teorici.

Compatibilmente con la disponibilità, durante il corso saranno tenuti seminari di approfondimento da ricercatori coinvolti nello sviluppo di metodologie mirate alla modellizzazione e interpretazione dei dati osservativi o sperimentali.

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.

Elettromagnetismo. Teoria quantistica della materia. Spettroscopia atomica.

Necessaria per l'utilizzo della strumentazione.

Spettroscopia échelle:

Spettrografi èchelle. Acquisizione e riduzione dati spettroscopici e spettropolarimetrici.

Determinazione delle grandezze caratteristiche dei plasmi astrofisici:

Risoluzione numerica dei modelli di atmosfera stellare.

Risoluzione numerica dell'equazione del trasporto radiativo nell’approssimazione di equilibrio termodinamico locale.

Determinazione dei parametri stellari fondamentali dal confronto tra simulazioni numeriche e dati osservativi: velocità radiale, velocità di rotazione, micro e macro-turbolenza. Temperature efficace, Gravità superficiale, Abbondanze Chimiche. Campi Magnetici.

Calcolo dell’emissività radiativa nell’approssimazione di non equilibrio termodinamico. Determinazione delle proprietà del plasma dal confronto tra simulazioni numeriche e dati osservativi.

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

Landi Degl'Innocenti, Landolfi - Polarization in Spectral Lines - Kluwer Academic Publishers

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.

ESEMPI DI DOMANDE

• Spettrografi èchelle
• Riduzione dati spettroscopici
• Misura della velocità radiale
• Misura della temperatura efficace e della gravità superficiale di una stella
• Determinazione delle abbondanze chimiche

TESINE FREQUENTI

• Determinazione dei parametri orbitali di sistemi binari.
• Determinazione dei parametri fotosferici di una stella: temperatura efficace, gravità superficiale, velocità radiale, velocità di rotazione e composizione chimica.
• Misura del campo magnetico superficiale di una stella
• Misura di distanze delle galassie dallo spostamento Doppler.