Course Syllabus
Obiettivi
Conoscenza delle evidenze osservative e delle tecniche sperimentali per la cosmologia.
Contenuti sintetici
Elementi di cosmologia: l'Universo primordiale e la sua evoluzione. Il modello standard di cosmologia e le sue sonde osservative. Radiazione cosmica di fondo a microonde: storia, stato attuale delle misure e risultati. Osservabili fisiche, parametri cosmologici e tecniche sperimentali.
Programma esteso
Parte 1: Introduzione alla cosmologia fisica
- Panoramica storica
- Principio cosmologico
- Curvatura e sue implicazioni
- Metrica
- Metrica di Friedmann-Robertson-Walker
- Equazioni di Friedmann
- Parametri di densità e costante cosmologica
- Soluzioni peculiari delle equazioni di Friedmann
- Modello di riferimento
Parte 2: Sonde osservative del modello del Big Bang
- Misure delle distanze: definizioni
- Candele standard e righelli standard
- Cosmologia con misure delle distanze
- La scala delle distanze cosmologiche
- Candele standard cosmologiche
- Supernove di tipo Ia
- La misura di H0
- Scoperta e significato della radiazione cosmica di fondo a microonde
- Nucleosintesi del Big Bang
- Reionizzazione
- Mappatura HI attraverso la linea dei 21cm
Parte 3: Radiazione cosmica di fondo a microonde
- Origine del corpo nero della CMB
- Ricombinazione, disaccoppiamento dei fotoni, ultima scattering
- Storia delle misure della CMB
- Distorsioni spettrali
- Anisotropie della CMB: grandezze di base
- Spettro di potenza della CMB: struttura e caratteristiche e loro motivazioni fisiche
- Misure di anisotropie di temperatura della CMB
- Strumenti per la CMB, tecniche sperimentali, calibrazione, controllo delle sistematiche
- Dai dati ordinati nel tempo alle mappe, agli spettri di potenza, alla cosmologia
- Sorgenti di disturbo della CMB
- Risultati sulle anisotropie di temperatura della CMB
- Anisotropie di polarizzazione della CMB
- Onde gravitazionali primordiali e inflazione
- Polarizzazione della CMB: stato attuale e prospettive future
- Statistiche della CMB
Parte 4: Struttura su larga scala e ammassi di galassie
- Lo spettro di potenza della materia e la funzione di correlazione a due punti
- Oscillazioni acustiche dei barioni (BAO)
- Risultati cosmologici dalle BAO
- Basi della cosmologia con lenti gravitazionali
- Ammassi di galassie: definizioni e proprietà
- Cosmologia con gli ammassi di galassie, effetto SZ
Modalità didattica
Il corso è da 6 CFU, per un totale di 44 ore, suddivise in 22 incontri da 2 ore, che includono lezioni frontali ed esercitazioni, tutta la didattica è in forma erogativa.
Materiale didattico
Slides del corso e appunti.
B. Ryden, Introduzione alla cosmologia.
S. Serjeant, Cosmologia osservativa.
Articoli indicati durante le lezioni.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale (presentazione + domande aperte).
L'esame è su appuntamento con il docente, dura tra 30' e 1h, ed è composto da due parti:
Parte 1:
Una presentazione di 15 minuti da parte del candidato, utilizzando slide e/o lavagna su uno dei temi del corso (si prega di inviare via email una versione in PDF delle slide prima dell'esame). Al candidato viene richiesto di investigare e presentare l'argomento utilizzando il materiale e la bibliografia mostrati durante le lezioni del corso. Questa parte consente di valutare la capacità del candidato di presentare argomenti complessi in modo chiaro, di approfondire ulteriormente gli argomenti attraverso articoli scientifici e le sue capacità di analisi e sintesi.
Parte 2:
Domande e discussioni, sia sugli argomenti della presentazione, sia su qualsiasi altro argomento del corso. Questa parte consente di valutare la comprensione del candidato di qualsiasi argomento del corso, collegando risultati sperimentali e modelli teorici per costruire una visione moderna della nascita, dell'evoluzione e della composizione dell'Universo.
Orario di ricevimento
Martedì 9:00-10:00 o su appuntamento.
Sustainable Development Goals
Aims
Knowledge of observational evidences and experimental techniques for cosmology.
Contents
Elements of cosmology: the early Universe and its evolution. The standard model of cosmology and its observational probes. Cosmic Microwave Background: history and current status of measurements and results. Physical observables, cosmological parameters and experimental techniques.
Detailed program
Part 1: Introduction to Physical Cosmology
- Historical Overview
- Cosmological principle
- Curvature and its implications
- Metric
- The Friedmann-Robertson-Walker metric
- Friedmann’s equations
- Density parameters and cosmological constant
- Peculiar solutions to Friedmann’s equations
- Benchmark model
Part 2 – Observational probes of the Big Bang model
- Distance measurements: definitions
- Standard candles and standard rulers
- Cosmology with distance measurements
- The distance ladder
- Cosmological standard candles
- Type Ia supernovae
- The measurement of H0
- Discovery and meaning of the Cosmic Microwave Background
- Big Bang Nucleosynthesis
- Reionization
- HI mapping through the 21cm line
Part 3 Cosmic Microwave Backgorund
- Origin of the CMB blackbody
- Recombination, photon decoupling, last scattering
- History of CMB measurements
- Spectral distortions
- CMB anisotropies: basic quantities
- CMB power spectrum: structure and features and their physical motivation
- Temperature anisotropy measurements
- CMB instruments, experimental techniques, calibration, control of systematics
- From time ordered data to maps, to power spectra, to cosmology
- CMB Foregrounds
- CMB temperature anisotropy results
- CMB polarization anisotropies
- Primordial gravitational wabes and inflation
- CMB polarization: current status and near future
- CMB statistics
Part 4 – Large scale structure and Galaxy Clusters
- The matter power spectrum and the 2-point correlation function
- Baryon Acoustic Oscillations (BAO)
- Cosmological results from BAO
- Outlines of cosmology with gravitational Lensing
- Galaxy Clusters: definitions and properties
- Cosmology with Galaxy Clusters, SZ effect
Teaching form
The course is 6CFU, for a total of 44 hours, divided into 22 2-hour sessions, which include lectures and exercises, all in instructional, traditional (erogativo) teaching way.
Textbook and teaching resource
Course slides and notes
B. Ryden, Introduction to Cosmology
S. Serjeant, Observational Cosmology
Articles indicated during lectures
Semester
Second semester
Assessment method
Oral exam (presentation + open questions)
The examination is on appointment with the teacher, will last between 30' and 1h, and it is composed of two parts:
Part 1:
A 15 minute presentation by the candidate, making use of slides and/or the blackboard on one of the course's topics (please send via email a PDF version of the slides before the examination). The candidate is required to investigate and present the topic by using the material and the bibliography shown during the course lactures. This part allows to assess the candidate's ability to present complex topics in a clear way, to further investigate the topics through scientific papers, and her/his analysis and synthesis skills.
Part 2
Questions and discussions, both on the presentation's topics, and on any other course's topic. This part allows to evaulate te candidate's understanding of any of the course topics, linking experimental results and theoretical models to build the modern view of the Universe birth, evolution and composition.
Office hours
Tue. 9:00-10:00 or by appointment
Sustainable Development Goals
Staff
-
Federico Nati
