Course Syllabus
Obiettivi
In questo corso gli studenti impareranno a caratterizzare e studiare le proprietà e l'origine fisica delle più grandi strutture dell'universo attraverso lo studio della radiazione che esse emettono. I contenuti del corso abbracciano un grande intervallo nella storia dell'universo e dello spettro elettromagnetico: dall'Intra-Cluster Medium nell'universo locale, all'emissione e assorbimento nell'UV della Cosmic Web, fino all'emissione radio dell'idrogeno neutro durante la Reionizzazione. Nella parte finale del corso, gli studenti studieranno come le galassie si siano formate ed evolute all'interno della struttura a larga scala dell'universo. Allo stesso tempo, il corso e' focalizzato sull'apprendimento e miglioramento della pratica della ricerca scientifica.
Contenuti sintetici
Gli obiettivi formativi del corso in termini di conoscenze o contenuti fondamentali (Descrittore di Dublino 1), includono:
- imparare ad investigare e caratterizzare le proprietà fisiche delle più grandi strutture barioniche dell'universo studiando in dettaglio i meccanismi che ne producono e modificano lo spettro elettromagnetico rilevabile dagli osservatori astronomici.
- imparare come i processi radiativi siano un importante agente nel modellare la formazione ed evoluzione delle strutture cosmiche dalle piu' grandi scale associate al mezzo intergalattico fino alle galassie.
- imparare ad usare osservazioni astronomiche a diverse lunghezze d'onda per dedurre le proprietà fisiche delle strutture cosmiche e dei loro costituenti.
Gli obiettivi formativi in termini di competenze o pratica scientifica (Descrittore di Dublino 2), incluse le competenze trasversali (Descrittori di Dublino 3-5), includono:
- imparare come combinare dati osservativi e modelli teorici per formulare domande significative e ipotesi sulla formazione delle strutture cosmiche e delle galassie, assieme a strategie per poterle testare.
- imparare e/o consolidare le capacità fondamentali nella pratica della ricerca scientifica, tra le quali: i) porre e raffinare domande scientifiche, ii) identificare le variabili rilevanti nei problemi fisici , iii) proporre ipotesi testabili, iv) fare assunzioni, v) ridurre problemi complessi in unità più piccole, vi) condividere e comunicare i risultati .
Questi obiettivi vengono raggiunti nel corso attraverso attività specifiche descritte nella sezione "Programma Esteso".
Programma esteso
Per poter raggiungere gli obiettivi descritti sopra, il corso è diviso in una serie di attività (basate sia su didattica erogativa sia interattiva attraverso lavori di gruppo) che includono i temi seguenti:
- Dedurre le proprietà fisiche del Instra Cluster Medium negli Ammassi di Galassie (emissione X, alte energie)
- Rilevare e studiare il gas intergalattico nella Cosmic Web in assorbimento ed emissione (UV/ottico, assorbimento ed emissione di radiazione Ly-alpha dell'idrogeno, Trasporto Radiativo)
- Fisica del Radiative Cooling e come i processi radiativi modellino la formazione delle strutture cosmiche e delle galassie.
- Reionizzazione Cosmologica ed emissione radio dall'idrogeno neutro nell'universo primordiale; effetto della Reionizzazione sulla formazione ed evoluzione delle galassie.
Attraverso attività di gruppo, facilitate dal docente ma guidate dagli studenti stessi (ownership of learning), gli studenti avranno la possibilità di sviluppare capacità critiche di giudizio (Descrittore di Dublino 3) e impareranno a comunicare in modo efficiente le loro idee (Descrittore di Dublino 4) attraverso il dialogo con i compagni di gruppo e con il docente. La pratica di apprendimento indipendente, facilitato dal docente, nelle attività di gruppo permetterà agli studenti di acquisire gli strumenti necessari per proseguire in modo autonomo lo studio oltre i contenuti del corso (Descrittore di Dublino 5).
Prerequisiti
Il corso è adatto a tutti gli studenti nelle scienze fisiche senza particolari pre-requisiti su corsi precedenti o percorsi di studio. Gli unici requisiti richiesti sono: i) motivazione, ii) curiosità, iii) disponibilità a partecipare attivamente.
Modalità didattica
Il corso è strutturato e disegnato attraverso delle attività di apprendimento basate sull'indagine (inquiry) guidate dagli studenti e facilitate dai docenti del corso. In queste attività gli studenti potranno scegliere il loro proprio percorso di indagine scientifica, sviluppare il materiale necessario per l'indagine, ed infine condividere le proprie esperienze e risultati con i colleghi del corso in modo da valorizzare l'equità e inclusività.
In dettaglio, circa un terzo delle ore sarà dedicato a didattica erogativa in presenza e due terzi a didattica interattiva in presenza basata su lavori di gruppo.
Materiale didattico
Il materiale didattico e per le indagini scientifiche include: i) presentazioni power-point e alla lavagna, ii) articoli e review scientifiche, iii) materiale estratto da libri (questo materiale sara' dato in classe quando necessario). Tutto il materiale ai punti sopra sarà reso disponibile online e sarà integrato da materiale sviluppato durante le attività del corso dagli studenti stessi. Per quest'ultimo è quindi consigliata la partecipazione al corso sia per l'apprendimento sia per la verifica dell'apprendimento. In caso di studenti impossibilitati a partecipare o non-frequentati, il materiale sviluppato durante le attività sarà reso disponibile su richiesta.
Periodo di erogazione dell'insegnamento
Secondo Semestre.
Modalità di verifica del profitto e valutazione
Prova finale orale su argomenti trattati durante il corso. In particolare, il colloquio verterà su una investigazione del tipo svolto durante il corso a scelta della/o studentessa/e. Durante il colloquio verranno valutati sia gli aspetti di contenuto scientifico fondamentale del corso sia gli aspetti riguardanti le pratiche scientifiche, entrambi descritti nella sezione "contenuti sintetici". In particolare, verranno valutati le seguenti pratiche scientifiche: i) porre e raffinare domande scientifiche, ii) identificare le variabili rilevanti nei problemi fisici , iii) proporre ipotesi testabili, iv) fare assunzioni, v) tradurre le idee in linguaggio matematico e grafico, vi) ridurre problemi complessi in unità più piccole, vii) condividere e comunicare i risultati.
Il voto finale in 30mi terrà in considerazione sia la valutazione delle conoscenze (10 punti su 30) sia delle competenze acquisite (20 punti su 30) utlizzando il seguente schema: i) conoscenza delle principali proprietà fisiche (e.g., densità, temperatura), e come sia possibile derivarle, delle strutture cosmiche investigate durante il corso: 5 punti; ii) conoscenza dei principali processi radiativi rilevanti per le strutture cosmiche e loro ruolo nella formazione delle strutture stesse: 5 punti; iii) capacità di porre domande scientifiche rilevanti per una investigazione: 5 punti; iv) capacità di identificare le variabili fisiche rilevanti: 3 punti; v) capacità di proporre ipotesi testabili: 3 punti; vi) capacità di fare assunzioni rilevanti: 2 punti; vii) capacità di tradurre le idee in linguaggio matematico e grafico: 2 punti; viii) capacità di ridurre problemi complessi in unità più piccole:2 punti; ix) capacità di comunicare in modo efficace le proprie conoscenze e come sono state acquisite: 3 punti + eventuale punto aggiuntivo per la lode.
Orario di ricevimento
Su appuntamento (da fissare via email).
Sustainable Development Goals
Aims
In this course, the students will learn how to investigate the properties and physical origin of the largest baryonic structures in the universe through the study of their radiation. The course spans a large range in the universe’s history and radiation spectrum: from X-ray emitting Intra Cluster Medium in the local universe to Cosmic Web UV emission and absorption, to HI radio emission during Reionization. In the final part of the course, the students will investigate how galaxies formed and developed in the context of the large scale structure of the universe. A strong focus will be also put on learning and improving research practice.
Contents
The learning outcomes of the course in terms of knoweledge and understanding (fundamental content; Dublin descriptors 1 and 2), include:
- The students will learn how to investigate and characterise the physical properties of the largest baryonic structures in the universe by studying in detail the mechanisms that produce and modify the electromagnetic radiation detectable with astronomical observing facilities.
- The students will learn that radiation processes are an active agent in shaping the formation and evolution of cosmic structures in the universe from the largest scales associated with intergalactic gas to galaxies.
- The students will learn how to use astronomical observations at different wavelengths to infer physical properties of cosmic structures and their constituents.
Learning outcomes in terms of scientif skills and transverse skills (practice; Dublin descriptors 3-5), include:
- The students will learn how to combine the observational data and theoretical models to formulate meaningful questions and hypotheses on cosmic structure and galaxy formation, as well as strategies to test them.
- Through this course, the students will learn/consolidate the fundamental skills in scientific research practice including: i) asking and refining scientific questions, ii) finding relevant variables in physical problems, iii) making testable predictions, iv) making relevant assumptions, v) reducing complex problems in smaller units, vi) effectively sharing and communicating the results.
These learning outcomes will be reached in the course through a series of activities as described in the section "Detailed program".
Detailed program
In order to achieve the learning goals described above, the course is designed through a series of activities (including both frontal and interactive group activities) which will cover the following topics:
- Inferring the physical properties of the Intra Cluster Medium in Galaxy Clusters (X-ray, high-energy radiation processes)
- Detecting and studying Intergalactic gas in the Cosmic Web in absorption and emission (UV/optical absorption and emission of Hydrogen Ly-alpha radiation, Radiative Transfer)
- The physics of Radiative Cooling and how radiation processes shape cosmic structure and galaxy formation.
- Cosmic Reionization and radio emission from neutral hydrogen in the early universe and the effect of Reionization on galaxy formation and evolution.
Through group activities, facilitated by the teacher but independently guided by the students themselves (guaranteeing the student ownership of learning), the students will develop critical thinking skills (Dublin Descriptor 3) and they will improve their communication skills (Dublin Descriptor 4) through dialogue with their peers and with the teacher. The student ownership of learning, with the help of the teacher facilitation, will help the student to develop their own learning skills and thus to become more autonomous in their learning process beyond the course (Dublin Descriptor 5).
Prerequisites
The course is geared towards students in the physical sciences with no particular prerequisites on previous classes or study background. The only prerequisites necessary for this class are: i) motivation, ii) curiosity, iii) willingness to actively participate.
Teaching form
The course is designed through inquiry activities lead by the students themselves and facilitated by the instructors, in which the students will be able to choose their own investigation path, develop their own material and, finally, share their findings with their peers in a equitable and inclusive environment.
In particular, about one third of the course will consist in plenary activities ("didattica erogativa") and two thirds will focus on interactive activities ("didattica interattiva") based on group works.
Textbook and teaching resource
Class material will include: i) power point and black-board presentations, ii) research papers and reviews, iii) extracts from books (provided during the class when necessary). This material will be made available online and will be complemented by material produced during the classroom activities by the students themselves. For the latter, class attendance and active participation are encouraged for both learning and assessment. For the students that cannot attend, the material developed during the activities will be made available upon request.
Semester
Second Semester.
Assessment method
Final culminating assessment based on oral discussion on the topics and practices of the courses. The exam is structured as a investigation chosen by the student similarly to the investigations practiced during the course. During the exam, both fundational scientific content and scientific practices taught in the course (described in session "contents") will be assessed. In particular, the following scientific practices will be evaluated: i) asking and refining scientific questions, ii) finding relevant variables in physical problems, iii) making testable predictions, iv) making relevant assumptions, v) reducing complex problems in smaller units, vi), translating ideas into mathematical and graphical language, vii) effectively sharing and communicating the results.
The final grade will take into account both the assesment of knowledge (fundamental content; 10 points over 30) and skills (practice; 20 points over 30) acquired using the following rubric: i) knowledge of the main physical properties (e.g., density, temperature) of the cosmic structure studied in the course and how to derive such properties: 5 points; ii) knowledge of the main radiative processes relevant for cosmic structures and their role in their formation and evolution: 5 points; iii) ability to ask relevant scientific questions: 5 points; iv) ability to identify relevant physical variables: 3 points; v) ability to make testable hypotesis: 3 points; vi) ability to make relevant assumptions: 2 points; vii) ability to translate ideas into mathematical and grafical language: 2 points; viii) ability to reduce complex problems into smaller units: 2 points; ix) communication skills and in particular the ability to effectively share and communicate knowledge and how to derive it: 3 points + additional point for "lode".
Office hours
By appointment (via email).
Sustainable Development Goals
Staff
-
Sebastiano Cantalupo
