Course Syllabus
Obiettivi
In questo corso gli studenti impareranno a caratterizzare e studiare le proprietà e l'origine fisica delle più grandi strutture dell'universo attraverso lo studio della radiazione che esse emettono. I contenuti del corso abbracciano un grande intervallo nella storia dell'universo e dello spettro elettromagnetico: dall'Intra-Cluster Medium nell'universo locale, all'emissione e assorbimento nell'UV della Cosmic Web, fino all'emissione radio dell'idrogeno neutro durante la Reionizzazione. Nella parte finale del corso, gli studenti studieranno come le galassie si siano formate ed evolute all'interno della struttura a larga scala dell'universo. Allo stesso tempo, il corso e' focalizzato sull'apprendimento e miglioramento della pratica della ricerca scientifica.
Contenuti sintetici
Gli obiettivi in termini di contenuti del corso includono:
- imparare ad investigare e caratterizzare le proprietà fisiche delle più grandi strutture barioniche dell'universo studiando in dettaglio i meccanismi che ne producono e modificano lo spettro elettromagnetico rilevabile dagli osservatori astronomici.
- imparare come i processi radiativi siano un importante agente nel modellare la formazione ed evoluzione delle strutture cosmiche dalle piu' grandi scale associate al mezzo intergalattico fino alle galassie.
- imparare ad usare osservazioni astronomiche a diverse lunghezze d'onda per dedurre le proprietà fisiche delle galassie (massa, tasso di formazione stellare, composizione) e dei loro costituenti (stelle, mezzo interstellare, materia oscura).
- studiare la diversità delle galassie nell'universo, in termini di morfologia, cinematica, popolazioni stellari, proprieta' del mezzo interstellare. In questo contesto, gli studenti impareranno come identificare possibili trend da poter usare come prova dell'origine fisica delle diverse proprieta' delle galassie.
Gli obiettivi in termini di pratica scientifica includono:
- imparare come combinare dati osservativi e modelli teorici per formulare domande significative e ipotesi sulla formazione delle strutture cosmiche e delle galassie, assieme a strategie per poterle testare.
- imparare e/o consolidare le capacità fondamentali nella pratica della ricerca scientifica, tra le quali: i) porre e raffinare domande scientifiche, ii) proporre ipotesi testabili, iii) ridurre problemi complessi in unità più piccole, iv) identificare le variabili rilevanti nei problemi fisici, v) condividere e comunicare i risultati .
Programma esteso
Per poter raggiungere gli obiettivi descritti sopra, il corso è diviso in una serie di attività che includono i temi seguenti:
- Dedurre le proprietà fisiche del Instra Cluster Medium negli Ammassi di Galassie (emissione X, alte energie)
- Rilevare e studiare il gas intergalattico nella Cosmic Web in assorbimento ed emissione (UV/ottico, assorbimento ed emissione di radiazione Ly-alpha dell'idrogeno, Trasporto Radiativo)
- Fisica del Radiative Cooling e come i processi radiativi modellino la formazione delle strutture cosmiche e delle galassie.
- Reionizzazione Cosmologica ed emissione radio dall'idrogeno neutro nell'universo primordiale; effetto della Reionizzazione sulla formazione ed evoluzione delle galassie.
- Fisica del mezzo interstellare, processi di feedback positivi e negativi e come le galassie formano le loro stelle.
Prerequisiti
Il corso è adatto a tutti gli studenti nelle scienze fisiche senza particolari pre-requisiti su corsi precedenti o percorsi di studio. Gli unici requisiti richiesti sono: i) motivazione, ii) curiosità, iii) disponibilità a partecipare attivamente.
Modalità didattica
Il corso è strutturato e disegnato attraverso delle attività di apprendimento basate sull'indagine (inquiry-based-learning) guidate dagli studenti e facilitate dai docenti del corso. In queste attività gli studenti potranno scegliere il loro proprio percorso di indagine scientifica, sviluppare il materiale necessario per l'indagine, ed infine condividere le proprie esperienze e risultati con i colleghi del corso.
Materiale didattico
Il materiale didattico e per le indagini scientifiche include: i) presentazioni power-point e alla lavagna, ii) materiale sviluppato in classe dagli studenti durante le attivita', iii) articoli e review scientifiche, iv) materiale estratto da libri (questo materiale sara' dato in classe quando necessario).
Parte del materiale sarà reso disponibile online ma la maggior parte del materiale sarà sviluppato durante le attività del corso. Pertanto è vivamente consigliata la partecipazione al corso sia per l'apprendimento sia per la verifica dell'apprendimento durante l'esame.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale.
Orario di ricevimento
Su appuntamento (da fissare via email).
Aims
In this course, the students will learn how to investigate the properties and physical origin
of the largest baryonic structures in the universe through the study of
their radiation. The course spans a large range in the universe’s history
and radiation spectrum: from X-ray emitting Intra Cluster Medium in the local universe to Cosmic Web UV
emission and absorption, to HI radio emission during Reionization. In the final part of the course, the students will investigate how galaxies formed and developed in the context of the large scale structure of the universe. A
strong focus will be also put on learning and improving research practice.
Contents
Content goals/objectives include:
- The students will learn how
to investigate and characterise the physical properties of the largest
baryonic structures in the universe by studying in detail the mechanisms
that produce and modify the electromagnetic radiation detectable with
astronomical observing facilities.
- The students will learn
that radiation processes are an active agent in shaping the formation
and evolution of cosmic structures in the universe from the largest
scales associated with intergalactic gas to galaxies.
- The students will learn how to use astronomical observations at
different wavelengths to infer physical properties (mass, star formation rate, composition) of galaxies and their constituents (stars,
interstellar medium, dark matter).
- The students will learn
about the diversity of galaxies in the universe, in terms of, e.g.,
morphology, kinematics, stellar populations, properties of the
interstellar medium. In this context, the students will learn how to
identify possible trends and regularities, which may be then used as
possible clues to their physical origin.
Practice goals/objectives include:
- The students will learn how to combine the observational data and theoretical models to formulate meaningful questions and hypotheses on cosmic structure and galaxy formation, as well as strategies to test them.
-
Through this course, the students will learn/consolidate the
fundamental skills in scientific research practice including: i) asking
and refining scientific questions, ii) making testable predictions, iii)
reducing complex problems in smaller units, iv) finding relevant
variables in physical problems, v) effectively sharing and communicating
the results.
Detailed program
In order to achieve the learning goals described above, the course is designed through a series of activities which will cover the following topics:
- Inferring the physical properties of the Intra Cluster Medium in Galaxy Clusters (X-ray, high-energy radiation processes)
- Detecting and studying Intergalactic gas in the Cosmic Web in absorption and emission (UV/optical absorption and emission of Hydrogen Ly-alpha radiation, Radiative Transfer)
- The physics of Radiative Cooling and how radiation processes shape cosmic structure formation, galaxy formation and galaxy evolution.
- Cosmic Reionization and radio emission from neutral hydrogen in the early universe and the effect of Reionization on galaxy formation and evolution.
- The physics of the Interstellar Medium, positive and negative feedback processes and how galaxies form their stars.
Prerequisites
The course is geared towards students in the physical sciences with no particular
prerequisites on previous classes or study background. The only
prerequisites necessary for this class are: i) motivation, ii)
curiosity, iii) willingness to actively participate.
Teaching form
The course is designed through inquiry-based-learning activities lead by the students themselves and
facilitated by the instructors, in which the students will be able to
choose their own investigation path, develop their own material and,
finally, share their findings with their peers.
Textbook and teaching resource
Class material will include: i) power point and black-board
presentations, ii) material developed in the class during the activities
by the students, iii) research papers and reviews, iv) extracts from
books (provided during the class when necessary).
Some of the material will be made available online but it is
expected that a large fraction of the material/notes will be produced
during the classroom activities. Therefore, class attendance and active
participation are fundamental factors for both learning and assessment
during this course and for the exam.
Semester
First Semester.
Assessment method
Oral exam.
Office hours
By appointment (via email).
Key information
Staff
-
Sebastiano Cantalupo