Astrofisica nucleare relativistica 2

A.A. 2020/2021
6
Crediti massimi
42
Ore totali
SSD
FIS/05
Lingua
Italiano
Obiettivi formativi
L'insegnamento applica i principi di fisica stellare sviluppati nel primo modulo allo studio delle stelle compatte. Vengono discusse la fenomenologia e gli aspetti teorici delle nane bianche, delle esplosioni di supernova e delle stelle di neutroni nelle loro varie manifestazioni (pulsars, magnetars, sorgenti termiche). Sono trattate le varie bande di osservazione (elettromagnetica, neutrini, onde gravitazionali) della astronomia multi-messenger .
Risultati apprendimento attesi
Alla fine del corso, lo studente dovrà avere compreso i seguenti concetti:
· Struttura delle nane bianche e massa limite di Chandraseckar
· Energetica delle supernove di tipo Ia
· Teoria delle supernove di tipo II: fotodissociazione nucleare, collasso del core, intrappolamento dei neutrini, collasso adiabatico omologo, onde d'urto
· Emissione di neutrini dalla protostella di neutroni
· Struttura delle stelle di neutroni e loro diverse manifestazioni (pulsar, magnetars, sorgenti termiche)
· Massa limite delle stelle di neutroni in relatività Generale
· Emissione di neutrini e raffreddamento delle stelle di neutroni
· Emissione di dipolo magnetico e indice di frenamento nelle pulsars
· Superfluidità nucleare, vortici superfluidi e glitches nelle pulsars
Programma e organizzazione didattica

Edizione unica

Periodo
Primo semestre
Le lezioni saranno tenute in sincrono durante l'orario ufficiale tramite piattaforma Zoom.
Gli esami manterranno la forma orale, ma saranno fatti a distanza su piattaforma Skype.
Il materiale didattico verrà fornito dal docente su Ariel ed un repository apposito.
Programma
Nane Bianche: Introduzione, fenomenologia ed osservazioni - Predizioni teoriche con la teoria dei politropi - Massa limite di Chandrasekhar - Correzioni al modello: sequenze di nane bianche - Raffreddamento radiativi delle nane bianche.
Esplosioni di Supernova: Introduzione, fenomenologia ed osservazioni - Cenni alle supernovae di tipo Ia - Supernovae di tipo II: descrizione delle diverse fasi del collasso gravitazionale e dell'esplosione - Il caso di SN1987A: osservazioni e teoria - Collasso gravitazionale: fotodissociazione di nuclei e cattura elettronica - Intrappolamento dei neutrini e collasso omologo: equazioni del collasso e variazioni di entropia - Punto sonico e formazione dell'onda d'urto: le equazioni di Hugoniot - Propagazione dell'onda d'urto e meccanismi di esplosione.
Stelle di Neutroni e Pulsars: Introduzione, fenomenologia ed osservazioni - Equazioni di TOV in relatività generale e massa limite - Raggi e masse delle stelle di neutroni e dipendenza all'equazione di stato - Struttura radiale e regimi della materia densa: core, crosta e superficie - Emissione di neutrini dal core, raffreddamento delle stelle di neutroni e temperature superficiali - Superfluidità nucleare: effetti sul calore specifico e sui tempi di raffreddamento osservabili - Introduzione alle pulsars: proprietà osservabili della radiazione emessa e loro interpretazione - Il modello del dipolo ruotante per le pulsars - Glitches nel periodo di rotazione e modello a due componenti - Proprietà rotazionali di un superfluido: irrotazionalità, formazione di vortici e pinning dei vortici sui nuclei come modello per i glitches.
Astrofisica in banda X e gamma: Cenni alle sorgenti X contenenti oggetti compatti: sorgenti binarie in accrescimento, millisecond X-ray pulsars, magnetars, RRATs - Cenni ai Gamma Ray Bursts - Stelle compatte ed emissione di onde gravitazionali.
Prerequisiti
L'insegnamento non ha prerequisiti particolari, se non conoscenze di base di fisica classica, meccanica quantistica e relatività ristretta, ed i vari argomenti saranno introdotti e sviluppati in maniera consistente all'interno del corso. Il secondo modulo richiede le conoscenze esposte nel primo modulo.
Metodi didattici
Modalità di frequenza:
Fortemente consigliata;
Modalità di erogazione:
Tradizionale.
Materiale di riferimento
- A.C. Phillips: The Physics of Stars (Wiley Interscience, 1999)
- D. Prialnik: An Introduction to the Theory of Stellar Structure and Evolution (Cambridge University Press, 2000)
- S.L. Shapiro and S.A. Teukolsky: Black Holes, White Dwarfs, and Neutron Stars: the Physics of Compact Objects (Wiley Interscience, 1983)
- D.D. Clayton: Principles of Stellar Evolution and Nucleosynthesis (The University of Chicago Press, 1983)
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
L'esame consiste in una discussione orale, di circa un'ora, che verte sugli argomenti trattati nel corso. Vengono verificate sia le nozioni teoriche apprese che la loro applicazione quantitativa a semplici casi.
FIS/05 - ASTRONOMIA E ASTROFISICA - CFU: 6
Lezioni: 42 ore
Docente/i
Ricevimento:
su appuntamento
Dipartimento di Fisica - Sezione di Fisica Teorica - Studio DC/1/28