Course Syllabus
Obiettivi
I processi radiativi sono importanti in astrofisica perché governano il modo in cui l’energia viene trasferita e il modo in cui ci vengono trasmesse le informazioni sugli oggetti cosmici. Il corso costituisce un'introduzione ai processi radiativi fondamentali per la descrizione delle sorgenti astrofisiche di alta energia. Fornisce strumenti per dedurre le proprietà fisiche delle sorgenti cosmiche in base alla radiazione ricevuta e consente la modellazione delle loro proprietà spettrali e di variabilità.
Contenuti sintetici
- Spettro elettromagnetico
- Plasmi termici - Corpo Nero - Bremsstrahlung
- Elementi di relatività speciale
- Beaming relativistico
- Emissione non termica di sincrotrone e auto-assorbimento
- Compton diretto e Compton inverso
- Teoria dell’accrescimento su buchi neri ed emissione spettrale
- Gas intracluster in ammassi di galassie
- Nuclei Galattici Attivi - Quasars
- Gamma Ray Bursts
- Pulsars
- Binarie X
Programma esteso
- Intensità 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.
- 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
Lezioni frontali, prevalentemente alla lavagna e occasionalmente col supporto di diapositive con esercitazioni e attività di supporto (6CFU).
Le lezioni si svologono in lingua inglese.
Le registazioni delle lezioni condotte in anni precedenti sono rese disponibili per venire incontro alle esigenze di studenti con problemi di frequentazione.
Materiale didattico
Libro di riferminto
G.B. Rybicki and A.P. Lightman “Radiative Processes in Astrophysics” - capitoli 1,3,4,5,6,7
Altri libri
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"
Pubblicazioni e testi forniti durante il corso
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo Semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
L'esame orale inizia con la presentazione di un argomento scelto dello studente riguardante un processo radiativo. In seguito si procede a valutare la conoscenza sui temi trattati nel corso. Lo studente in seguito inizia la presentazione su una classe di sorgenti da lui/lei scelte.
Orario di ricevimento
Su appuntamento via email
Sustainable Development Goals
Aims
Radiative processes are crucial in astrophysics because they govern how energy is transferred through space and how information about cosmic objects is transmitted to us. This course is an introduction to the radiative processes fundamental for the description of high-energy astrophysical sources. It provides tools to infer the physical properties of cosmic sources based on the received radiation and enables modeling of their spectral and variability properties.
Contents
- The electromagnetic spectrum
- Thermal plasma - Black body - Bremsstrahlung
- Elements of special relativity
- Relativistic beaming
- Synchrotron emission and self-absorption
- Direct Compton and Inverse Compton
- Theory of accretion onto black holes and spectral emission
- Active Galactic Nuclei
- Gamma Ray Bursts
- Pulsars
- 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.
- 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
Frontal lectures, mostly at the blackboard, occasionally with the support of slides including exercises and supporting activities (6 CFU).
Lectures are in English.
Lectures from the previous years are made available to meet the needs of students who might be impeded in personally attending classes.
Textbook and teaching resource
Reference book
G.B. Rybicki and A.P. Lightman “Radiative Processes in Astrophysics” , Chapters 1,3,4,5,6,7
Other books
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
First Semester
Assessment method
The oral exam will start with the presentation of a topic selected by the student on a radiative procces. Thereafter, the teacher will verify knowledge on the main themes treated in the course. Later, the student will discuss a selected class of sources on his/her choice.
Office hours
Upon email appointment
Sustainable Development Goals
Staff
-
Monica Colpi
