Course Syllabus
Obiettivi
Il corso fornisce un'introduzione alla fisica delle stelle, alla loro formazione ed evoluzione. La fisica stellare rappresenta il caridne per il proseguimento degli studi avanzati in astrofisica, cosmologia e fisica gravitazionale.
Contenuti sintetici
Le principali aree di studio dell'astrofisica stellare includono:
Formazione stellare: studio del processo di collasso e frammentazione di nubi interstellari e formazione di ammassi stellari
Struttura stellare: studio delle proprietà interne delle stelle - ruolo della gravità, termodinamica, meccanica quantistica e radiazione nel modellare le loro proprietà di equilibrio
Evoluzione stellare: comprendere come le stelle cambiano nel tempo, ripercorrendo tutti gli stadi evolutivi fino alla formazione di nane bianche, stelle di neutroni o buchi neri, in base alla massa stellare iniziale; comprendere l'arrichimento dei metalli nel mezzo interstellare e l'origine degli elementi
Popolazioni stellari: comprendere come il contenuto di metallicità modifica le proprietà delle popolazioni stellari e come queste influenzino l'evoluzione delle galassie a causa dei feedback stellari.
Programma esteso
I. CONCETTI DI BASE
- Equilibrio stellare, teroma del viriale, stabilità e tempi-scala dell’evoluzione stellare
- Gas classici e quantistici
- Processi radiativi: emissione di corpo nero, opacità nell’interno stellare, trasporto
- Reazioni nucleari: energia di Gamov, combustione degli elementi e formazione dei metalli
II. STELLE: SEQUENZA PRINCIPALE - Stelle sulla sequenza principale: relazioni di scala
- Massa minima e massima delle stelle e funzione di massa
III. EVOLUZIONE STELLARE - Il ruolo della gravità nell'evoluzione stellare
- Stelle degeneri: massa di Chandrasekhar
- Giganti rosse, Branca orizzontale, AGB, supernoave
- Nebulose Planetarie - supernovae - feedback stellare
- Collasso gravitazionale: fisica del neutrino e deleptonizzazione
- Stelle di neutroni e buchi neri
IV. FORMAZIONE STELLARE - Formazione stellare: massa di Jeans, protostelle, traccia di Hayashi
- Stelle di III popolazione
Prerequisiti
Analisi Matematica
Meccanica
Elettromagnetismo
Struttura della Materia
Meccanica Quantistica
Modalità didattica
42 ore di lezioni frontali, prevalentemente alla lavagna e occasionalmente col supporto di diapositive (6 crediti)
20 ore di esercitazioni e attività di supporto (2 crediti).
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
Libri:
Prialnik, “Stellar structure and evolution” - testo di riferimento del corso
Chiesa, "Stellar astrophyics" - compendio completo del corso
Phillips, “The Physics of Stars” - testo con ampia descrizione dei processi nucleari di fusione
Kippenhahn and Weigert, “Stellar structure and evolution” - testo avanzato importante per comprendere l'evoluzione stellare e la formazione stellare
Stahler and Palla, “The formation of stars” - testo avanzato
Shapiro and Teukolsky, “Black holes, white dwrafs and neutron stars” - testo fondamentale per comprendere le proprietà degli oggetti collassati
Materiale didattico distribuito durante in corso.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Primo semestre
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Esame orale: La prima domanda verte su uno dei concetti fondamentali della fisica stellare evidenziati durante il corso. L'esame prosegue esaminando la preparazione su tutti gli argomenti trattati in classe per valutare:
- acquisite conoscenze di astrofisica stellare
- capacità di effettuare derivazioni analitiche
- capacità di affrontare criticamente le problematiche relative al materiale studiato nel corso.
L'esame si conclude con una breve presentazione (slide o figure stampate) da parte dello studente su un argomento a scelta riguardante l'evoluzione stellare o la formazione stellare (10 minuti).
Non sono previste esaminazini intermedie né esercizi a casa.
Orario di ricevimento
Su appuntamento via email
Sustainable Development Goals
Aims
The course provides an introduction of the physics of stars, their formation and evolution. Stellar astrphysics is at the foundations of astronomy and serves as the cornerstone of astronomy, forming the basis for understanding galaxies and the role of gravity in shaping the Universe.
Contents
Key areas of study within stellar astrophysics include:
Stellar Formation: investigating how interstellar gas clouds cool down, collapse and fragment into stellar clusters
Stellar Structure: studying the internal layers of stars and the role of gravity, thermodynamics, quantum mechanics and radiation in shaping their equilibrium properties
Stellar Evolution: understanding how stars change over time and evolve into their eventual fate, such as becoming white dwarfs, neutron stars, or black holes; understanding the origin of the chemical elements and metal enrichment
Stellar Populations: studying how the metallicity content shapes the overall properties of stars and how these properties affect galaxy evolution due to stellar feedbacks.
Detailed program
I. BASIC CONCEPT
- Stellar equilibria and stability, virial theorem, stellar timescales
- Light from stars: black body radiation, opacity and radiative transport
- Classical and quantum gases
- Nuclear reactions: Gamov’s energy, synthesis of the heavy elements
II. STARS ON GTHE MAIN SEQUENCE - Stars on the main sequence: scaling relations
- Maximum and minimum mass of stars and mass funciton
III. STELLAR EVOLUTION - The role of gravity in driving stellar evolution
- Degenerate stars: the Chandrasekhar mass limit
- Red giants, Horizonthal Branch, AGB and supernovae
- Gravitational collapse: neutrino emission and deleptonisation
- Compact objects as relics of stars: white dwarfs, neutron stars and black holes
- Stellar evolution in binary systems
IV. STAR FORMATION - Star formation: Jean’s mass, protostars and the Hayashi track
- Population III stars
Prerequisites
Basic classes of the bachelor in Physics, including:
Calculus
Classical Mechanics
Electromagnetism
Condensed Matter
Quantum Mechanics
Teaching form
42 hours of frontal lectures, mostly at the blackboard, occasionally with the support of slides (6 credits)
20 hours of exercises and supporting activities (2 credits)
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
Books:
Prialnik, “Stellar structure and evolution” - the reference book
Phillips, “The Physics of Stars” - complete and exhaustive text of the course
Kippenhahn and Weigert, “Stellar structure and evolution” - key text for understanding stellar evolution and star's formation
Stahler and Palla, “The formation of stars” - advanced text
Shapiro and Teukolsky, “Black holes, white dwrafs and neutron stars” - the classic text on compact objects
Selected reviews and selected papers provided during the lectures
Selection of recorded lectures
Semester
First semester
Assessment method
Oral exam: The first question will focus on one of the most fundamental concepts of stellar physics highlighted during the course. The examination continues on topics treated in the course to evaluate the:
- acquired knowledge of stellar astrophysics
- ability to perform analytical derivations
- ability to critically address problems related to the material studied in class Segi
The examination ends with a short slide-presentation (or printed figures) on a selected topic of stellar evolution or star formation (10 minutes) at the student's discretion.
There will be no intermediate examinations nor homework.
Office hours
Upon appointment via email
Sustainable Development Goals
Staff
-
Monica Colpi
