Course Syllabus

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Scopo del corso è di fornire una conoscenza delle stelle di neutroni, delle loro osservazioni per mezzo delle onde gravitazionali e dei metodi numerici necessari per il loro studio.

Alla fine del corso lo studente:

  1. sarà in grado di descrivere le proprietà di sistemi binari di stelle di neutroni;
  2. saprà interpretare, almeno ad un livello di base, dati osservativi, ed in particolare onde gravitazionali;
  3. saprà leggere e comprendere articoli scientifici sui temi trattati a lezione;
  4. avrà una conoscenza di base dei principali codici numerici open source disponibili nel campo della relatività numerica.

Stelle di neutroni, binarie di stelle di neutroni e loro osservazioni, relatività numerica.

  1. Stelle di Neutroni
    1. Equazioni TOV e loro risoluzione numerica
    2. Collasso di Stelle di Neutroni a Buco Nero
  2. Binarie di Stelle di Neutroni
    1. Lampi di Raggi Gamma
    2. Onde Gravitazionali da Binarie di Stelle di Neutroni
    3. Emissioni Elettromagnetiche da Binarie di Stelle di Neutroni
    4. Osservazioni di Binarie di Stelle di Neutroni in Onde Gravitazionali
  3. Relatività Numerica
    1. Formulazione 3+1
    2. Formulazione ADM
    3. Formulazione BSSN
    4. Equazioni della Magnetoidrodinamica in Relatività Generale
    5. Einstein Toolkit

Il corso richiede conoscenze di base di relatività speciale e di relatività generale. Queste ultime possono essere acquisite nel corso di Astrofisica Relativistica o di Relatività Generale.

Il corso è articolato su 42 ore di lezioni frontali svolte dal docente in aula. Durante le lezioni saranno esposte le basi teoriche e discussi i più recenti dati osservativi. Le lezioni si svolgeranno parte alla lavagna, parte per mezzo dell'uso di diapositive ed in parte sotto forma di tutorial per l'uso di codici numerici. Le slides saranno caricate prima delle lezioni sul sito e-learning del corso. Le lezioni si tengono in lingua Inglese.

Testi di riferimento per alcuni degli argomenti trattati:

  1. "Introduction to High-Energy Astrophysics" di S. Rosswog e M. Brueggen
  2. "Black Holes, White Dwarfs and Neutron Stars" di S. L. Shapiro e S. A. Teukolsky
  3. "Numerical Relativity: Starting from Scratch" di T. W. Baumgarte e S. L. Shapiro
  4. "Numerical Relativity: Solving Einstein's Equations on the Computer" di T. W. Baumgarte e S. L. Shapiro
  5. "Relativistic Hydrodynamics" di L. Rezzolla e O. Zanotti

I anno, secondo semestre

Durante il corso verranno assegnate delle relazioni da svolgere a casa e finalizzate all'approfondimento degli argomenti trattati a lezione. Le relazioni andranno consegnate su e-learning almeno due settimane prima della data dell'esame orale. Alle relazioni che presentano evidenti casi di plagio sarà assegnato un voto pari a zero.

L'esame finale consiste in un esame orale in cui lo studente preparerà un seminario della durata di 20 minuti in cui presenterà uno o più articoli pubblicati su argomenti trattati durante il corso (una lista di possibili articoli verrà fornita alla fine del corso).

Il voto finale sarà dato dalla media aritmetica dei voti conseguiti nelle relazioni ed il voto dell'esame orale. Lo studente che, al momento dell'esame orale, decidesse di rifiutare uno o più dei voti delle relazioni dovrà rispondere a domande finalizzate all'accertamento delle competenze verificate nelle relazioni i cui voti sono stati rifiutati.

Non si possono utilizzare libri, formulari ed appunti durante le prove orali. È solo permesso l'utilizzo di slide per il seminario.

su appuntamento, on line o in ufficio.

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Aim of the course is to provide a basic knowledge of neutron stars, of their observations via gravitational waves, and of the numerical methods needed to study them.

At the end of the course the student:

  1. will be able to describe the properties of binary neutron star systems;
  2. will be able to interpret, at least at a basic level, observational data, and in particular gravitational waves;
  3. will be able to read and understand scientific articles on the topics covered in the classroom;
  4. will have a basic knowledge of the main open source numerical codes available in the field of numerical relativity.

Neutron stars, binary neutron star systems and their observations, numerical relativity.

  1. Neutron Stars
    1. TOV Equations and their numerical solution
    2. Neutron Star Collapse to Black Hole
  2. Binary Neutron Stars
    1. Gamma-Ray Bursts
    2. Gravitational Waves from Binary Neutron Stars
    3. Electromagnetic Emission from Binary Neutron Stars
    4. Gravitational Wave Observations of Binary Neutron Stars
  3. Numerical Relativity
    1. 3+1 Formulation
    2. ADM Formulation
    3. BSSN Formulation
    4. General Relativistic Magnetohydrodynamic Equations
    5. Einstein Toolkit

This course requires a basic knowledge of special and general relativity. The latter can be obtained by following the Relativistic Astrophysics or General Relativity courses.

The course is divided into 42 hours of lectures conducted by the teacher in the classroom. During the lessons the theoretical bases will be exposed and the most recent observational data discussed. The lessons will take place partly on the blackboard, partly through the use of slides, and partly in the form of tutorials on the use of numerical codes. Slides will be uploaded before the lectures on the course e-learning site. All lectures will be held in English.

Main textbooks:

  1. "Introduction to High-Energy Astrophysics" by S. Rosswog and M. Brueggen
  2. "Black Holes, White Dwarfs and Neutron Stars" by S. L. Shapiro and S. A. Teukolsky
  3. "Numerical Relativity: Starting from Scratch" by T. W. Baumgarte and S. L. Shapiro
  4. "Numerical Relativity: Solving Einstein's Equations on the Computer" by T. W. Baumgarte and S. L. Shapiro
  5. "Relativistic Hydrodynamics" by L. Rezzolla and O. Zanotti


I year, second semester

During the course homeworks will be assigned with the aim of increasing the understanding  of the topics covered in class. The homeworks have to be delivered via e-learning at least two weeks before the date of the oral exam. Homeworks with obvious cases of plagiarism will be assigned a grade of zero.

The final exam consists of an oral exam in which the student will prepare a 20-minute seminar in which they will present one or more articles published on topics covered during the course (a list of possible articles will be provided at the end of the course).

The final grade will be given by the arithmetic average of the marks obtained in the homeworks and the mark of the oral exam. The student who, at the time of the oral exam, decides to refuse one or more of the grades of the homeworks will have to answer questions on the topics of the homeworks whose grades were refused.

Books and notes cannot be used during the oral exam. The use of slides for the seminar is permitted.

by appointment, on line or in person.

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Key information

Field of research
FIS/02
ECTS
6
Term
Second semester
Activity type
Mandatory to be chosen
Course Length (Hours)
42

Staff

    Teacher

  • Bruno Giacomazzo
    Bruno Giacomazzo

Students' opinion

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Bibliography

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Enrolment methods

Manual enrolments
Self enrolment (Student)