Course Syllabus
Obiettivi
Conoscere i processi radiativi nel constesto astrofisico. Essere in grado di risalire alle proprietà fisiche fondamentali delle sorgenti cosmiche sulla base della radiazione osservata, attaraverso la modellizzazione dello spettro e della loro variabilità.
Contenuti sintetici
- Lo spettro elettromagnetico
- Plasmi termici - Corpo Nero - Bremsstrahlung
- Elementi di relatività speciale
- Emissione non termica di sincrotrone e auto-assorbimento
- Compton diretto e Compton inverso
- Beaming relativistico
- Atomic structure e transizioni radiative
- Teoria dell’accrescimento su buchi neri ed emissione spettrale
- Nuclei Galattici Attivi - Introduzione, fenomenologia generale, calcolo dei parametri fisici fondamentali
- Sorgneti di alta energia di origine stellare: dalle pulsar alle binaries X
Programma esteso
- Intesnità specifica, flusso, emissività, densità di energia e loro relazioni. Trasporto radiativo. Coefficienti di Einstein e loro relazioni. Plasmi termici e non termici. Campo elettrico di una carica in moto. Formula di Larmor. Emissione di bremsstrahlung e corpo nero.
- Richiamo nozioni di relatività speciale. Trasformazioni di Lorentz. Beaming relativistico. Sorgenti superluminali. Invarianti relativistici.
- Sincrotrone: dinamica di una carica in un campo magnetico, raggio e frequenza di Larmor. Potenza emessa dal singolo elettrone. Frequenze caratteristiche. Spettro emesso. Autoassorbimento.
- Scattering Thomson: sezione d’urto. Effetto Compton diretto: frequenze tipiche. Sezione d'urto Klein-Nishina. Processo Compton Inverso. Potenza emessa dal singolo elettrone. Spettro da una distribuzione non termica di elettroni. Comptonizzazione termica. Parametro di Comptonizzazione. Sincrotrone-Self-Compton.
- Righe spettrali: allargamento e spostamente in contesto astrofisico.
- Teordia di Bondi per l'acrescimento e disco di Shakura Sunyave attorno a buchi neri
- Nuclei Galattici Attivi e loro fenomenologia. Spettro multibanda. Riga del ferro relativistica. Toro molecolare e modello di unificazione degli AGN Getti: introduzione. Radio-galassie e QSOs.
- Pulsar nel diagramma P-Pdot: pusar giovani e riciclate. Binarie X, Gamma-ray bursts
Prerequisiti
Corsi del triennio in Fisica. In particulare, meccanica classica ed elettromagnetismo.
Modalità didattica
Lerzioni sono frontali.
Materiale didattico
G. Ghisellini: "Radiative processes in high energy astrophysics"
G.B. Rybicki and A.P. Lightman “Radiative Processes in Astrophysics”
M.S. Longair “High Energy Astrophysics”
J. Krolik “Active Galactic Nuclei. From the black hole to the Galactic Environment”
Shapiro and Teukolsky "Black Holes, White Dwarfs and Neutron Stars"
Selected Reviews and selected papers provided during the lecturs
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo Semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L'esame orale inizierà con la presentazione di un argomento scelto dello studente e in seguito si procederà a valutare la conoscenza sui temi trattati nel corso. La prima domanda da parte del docente verterà sui processi di emissione e interazione radiazione-materia. La seconda sulle sorgneti astrofisiche.
Orario di ricevimento
Su appuntamento via email
Aims
Knowledge of the radiative processes fundamental for the description of the astrophysical sources. Give all instruments to infer the physical properties of cosmic sources on the basis of the received radiation. Modeling of their spetral and variability properties.
Contents
- The electromagnetic spectrum
- Thermal plasma - Black body - Bremsstrahlung
- Elements of special relativity
- Synchrotron emission and self-absorption
- Direct Compton and Inverse Compton
- Atomic structure and radiative transitions
- Relativistic beaming
- Theory of accretion onto black holes and spectral emission
- Active Galactic Nuclei: phenomenology and interpretation - Inference of their fundamental physical parameters
- High energy sources of stellar origin: from pulsars to X-ray binaries
Detailed program
- Specific Intensity, flux, emissivity, energy density and their relations. Radiative transport. Einstein coefficients and their relations. Thermal and non thermal plasma. Electric field of a moving charge. Larmor formula. Bremsstrahlung and black body emission.
- Special relativity: basic notions. Aberration, beaming and superluminal sources. Relativistic invarinats.
- Synchrotron: relativistic dynamics of charges in magnetic fields. Total power emitted by the single electron. Characteristic frequencies of the emitted spectrum. Self-absorption.
- Thomson scattering: cross section. Direct Compton effect: typical frequencies. Klein Nishina cross section. Inverse Compton scattering. Total power emitted by the single electron and spectral properties. Spactra from non thermal electrons. Thermal Comptonization. Synchrotron self-Compton.
- Radiative transitions and mechanisms of line shift and broadening.
- Bondi model for accretion and the Shakura Sunyaved accretion disc around black holes
- Active Galactic Nuclei: phenomenology. Multiwavelength spectrum of the continuum. Relativistic iron line emission line. Broad and narrow optical emission lines. Molecular torus and unification schemes for Seyfert 1 and 2. X-ray background. Radio loud and radio quiet quasars. Double AGN.
- Pulsaras in the P-Pdot diagram: young and recycled pulsars. X-ray binaries, Gamma-Ray-Burst sources.
Prerequisites
Classical mechanics, classical electro-magnetism.
Teaching form
Lectures are frontal.
Textbook and teaching resource
G.B. Rybicki and A.P. Lightman “Radiative Processes in Astrophysics”
G. Ghisellini: "Radiative processes in high energy astrophysics"
M.S. Longair “High Energy Astrophysics”
J. Krolik “Active Galactic Nuclei. From the Black Hole to the Galactic Environment”
Shapiro and Teukolsky "Black Holes, White Dwarfs and Neutron Stars"
Selected reviews and selected papers provided during the lectures
Semester
Secondo Semester
Assessment method
The oral exam will start with the presentation of a topic selected by the student. The exam proceeds with a discussion on the most fundamental processes linking radiation and matter. The first question by the Lecturer will be on the emission processes and the interaction matter-radiation not covered by the student. The second question will be on the astrophysical sources.
Office hours
Upon email appointment
Key information
Staff
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Monica Colpi