RADIOASTRONOMIA

Il corso si propone di fornire agli studenti un quadro sintetico, ma il più possibile completo, dell’indagine dei corpi celesti compiuta nella banda radio, dalla frequenza di 10MHz a 1000 GHz (banda del sub-millimetrico). Di fondamentale importanza sono: la descrizione dei processi di emissione nel continuo; la classificazione delle radiosorgenti in base allo spettro; gli strumenti usati; l’interferometria.

Conoscenza e capacità di comprensione (knowledge and understanding).
Conoscenza dei meccanismi di emissione nella banda radio. Comprensione critica dei principali fenomeni che avvengono nelle più importanti categorie di radiosorgenti in vari contesti astrofisici.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione (applying knowledge and understanding)
Capacità di determinare le caratteristiche fisiche delle radiosorgenti dall’analisi dell’emissione nella banda radio, in particolare dagli spettri radio, dal loro flusso, dalla morfologia.

Abilità comunicative (communication skills).
Proprietà di linguaggio e capacità di comunicazione nell’ambito della Radioastronomia, della fisica dei plasmi, dei campi magnetici, dell’Astrofisica.

Capacità di apprendimento (learning skills).
Capacità di legare le conoscenze specifiche della materia in oggetto alle altre materie del corso di laurea in Fisica, in special modo quelle di Astrofisica. Capacità di leggere criticamente la letteratura specialistica.

Elettromagnetismo, Astrofisica di base.

La frequenza altamente consigliata; l'interazione con gli studenti è di fondamentale importanza per la formazione degli allievi.

1. Introduzione alla Radioastronomia - Cenni storici – La finestra radio – Il ruolo della Radioastronomia – Prospettive future di sviluppo
2. La Radiazione EM – Intensità, Brillanza, Densità di flusso, Legge di Planck, Approssimazioni nel radio, Temperatura di brillanza, Trasporto radiativo
3. Teoria di Base della radiazione EM. – Propagazione di onde EM nel vuoto – Onde EM in un plasma – Frequenza di plasma – Ionosfera terrestre – Velocità di fase e di gruppo – Misura di dispersione – Polarizzazione delle onde EM – Parametri di Stokes – Rotazione di Faraday
4. Processi di Emissione nel continuo – Spettro della radiazione – Processi termici e non termici – Radiazione di dipolo- Radiazione di Bremsstrahlung (free-free) – Radiazione di Sincrotrone – Effetto Compton Inverso – Effetto Sunyaev Zeldovich (SZ)
5. Il Radiotelescopio – Apertura singola – Diagramma d’antenna – Direttività e potere risolutivo angolare – Antenne paraboliche – Configurazioni dei radiotelescopi – Radiotelescopi nel mondo – L’illuminatore (feed) – Formula di Nyquist e temperatura di rumore – Area efficace – Temperatura d’antenna – Sorgenti estese e puntiformi – Guadagno d’antenna – Ricevitore supereterodina – Temperatura di sistema – Il contributo atmosferico – Sensibilità – Cenni sui bolometri – Spettrometri radio
6. Interferometria – Teoria di base e teorema di Van Cittert Zernike – Funzione di visibilità e relazione con la brillanza del cielo – Interferometri lineari – Risoluzione angolare – Sintesi d’apertura – Il processo di mappatura – Interferometri nel mondo: connessi (WSRT, ATCA, VLA) e non connessi (VLBI, VLBA, VLBI spaziale) - Interferometri millimetrici e sub-millimetrici: ALMA
7. La Radiazione della Galassia – La radiazione continua della galassia (da sincrotrone, HII e polveri) – Mezzo interstellare –Regioni di formazione stellare (HII) – Sfera di Strömgren– classificazione regioni HII e loro distribuzione galattica – Supernovae e resti di SN – Onde d’urto – Accelerazione di Fermi al primo ordine
8. Radiosorgenti extragalattiche – Galassie normali – Galassie starburst – Merging di galassie – Radio Galassie, FRI e FRII – QUASARs – BL Lac – Galassie di Seyfert – Luminosità radio ed energia radiosorgenti – Doppler boosting – Moti superluminari – Nuclei galattici attivi (AGN) e Schemi unificati

I primi due testi sono quelli su cui si basa il corso. Gli altri tre sono molto utili per approfondimenti.

1. Rybicki and Lightman, Radiative Processes in Astrophysics, John Wiley & Sons, Inc (1979)
2. Rohlfs, Tools of Radio Astronomy, A&A library, Springer-Verlag
3. Burke and Graham-Smith: An Introduction to Radio Astronomy, Cambridge University Press, (1977, 2002)
4. Longair: High Energy Astrophysics, Vol. 1, Cambridge University Press
5. Verschuur and Kellermann eds, Galactic and Extragalactic Radio Astronomy, A&A library, Springer-Verlag

Esame orale

Spettri di radiosorgenti e parametri deducibili. Potere risolutivo angolare di radiotelescopi o interferometri. Processi di emissione.