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Programma di Astrofisica Teorica

Docente: prof. Luciano Nobili
Semestre: primo
Sede: Aula F (puo' variare di anno in anno)
Contenuto del Corso:

Il corso si suddivide in due moduli ed intende fornire gli strumenti fondamentali per la comprensione dei fenomeni fisici che si ritiene siano resposabili della straordinaria attivita' di alcune classi di sorgenti celesti, dalle binarie X galattiche ai Nuclei Galattici Attivi (AGN).

I processi astrofisici di alta energia avvengono generalmenete in sistemi molto compatti (stelle di neutroni, buchi neri), nei quali il campo gravitazionale svolge un ruolo primario. Per questo motivo nella prima parte del corso vengono fornite le basi di Relativita' Generale, non tanto come studio formale della teoria, quanto come strumento fisico-matematico necessario per la costruzione di modelli delle sorgenti attive galattiche o extragalattiche.
Poiche' TUTTE le informazioni di carattere astronomico derivano dalla rivelazione di onde elettromagnetiche, dalle onde radio centimetriche di 1 eV, alla radiazione gamma di 10^20 eV (neutrini e onde gravitazionali sono attualmente ''off limits''), nella seconda parte del corso viene studiata la teoria del trasporto radiativo. Vengono affrontati i principali processi microfisici di creazione dei fotoni nei gas molto caldi (breemstrahung, sincrotrone), la loro interazione con gli elettroni (scattering Compton), e ricavata infine l'equazione fenomenologica del trasporto radiativo.
Oltre ai due argomenti portanti precedenti, vengono ricavate le equazioni di stato della materia iperdensa, e, in particolare, i processi che danno origine al fenomeno della neutronizzazione nelle stelle compatte.

Programma: (===> Programma dettagliato per l'A.A 2004-2004: : Programma.doc - Programma.txt )

I parte: :

Relativita' Generale.

Principio di Equivalenza. Covarianza delle leggi naturali. Sistemi accelerati. Cenni di geometria differenziale. Vettori e Tensori. Tensore Metrico. Geodetiche. La misura in Relativita' Generale. Basi coordinate. Tetradi. Trasporto parallelo e derivate covarianti. Forze non gravitazionali. Equazione del moto di una particella. Il tensore di Riemann. Le equazioni del Campo. Condizioni coordinate. Simmetria sferica. Teorema di Birkhoff. Metriche esterna ed interna di Schwarzschild. Moto radiale e non radiale nella metrica di Schwarzschild. Metrica di Kerr. Proprieta' generali dei Buchi neri.

Fluidodinamica relativistica.

Local Rest Frame di un fluido. Espansione, rotazione e scorrimento (shear). Tensore energia-momento di un fluido. Le leggi della termodinamica. Equazione di continuita'. Fluidi in equilibrio. Moto radiale adiabatico. Accrescimento sferico su un buco nero. Luminosita' di Eddington. Dischi di accrescimento.

II parte:

Oggetti compatti.

Equilibrio stellare. Equazioni di Oppenheimer-Volkoff. Oscillazioni radiali di configurazioni non ruotanti. Collasso gravitazionale. Gas ideale classico e degenere. Nane bianche. Processo beta inverso. Neutronizzazione di un fluido. Stelle di neutroni. Pulsars.

Plasmi astrofisici. Congelamento delle linee di forza magnetiche. Equazioni della magnetoidrodinamica. Onde di Alfven.
Trasporto Radiativo.

Carica elettrica accelerata. Meccanismi di emissione e di assorbimento della radiazione. Formula di Larmor. Trasformate di Fourier. Spettri. Bremsstrahlung. Sincrotrone. Difusione Thomson classica. Compton diretto e inverso. Limite Thomson. Cammino libero medio dei fotoni. Proprieta' statistiche dei fotoni. Sezione d'urto. Profondita' ottica. Equazione di Kompaneets.

Intensita' della radiazione. I momenti dell'intensita' (densita' di energia, flusso e pressione radiativa). Teorema di Liouville. Equilibrio Termodinamico Locale. Spettro di Corpo Nero. Emissione, assorbimento e diffusione. Equazione fondamentale del Trasporto Radiativo. Legge di Kirkhhoff's. Approssimazione di diffusione. Atmosfere stellari.