Course Syllabus
Obiettivi
I processi radiativi sono importanti in astrofisica perché governano il modo in cui l’energia elettromagnetica viene prodotta e trasferita al fine di acquisire 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 caratteristiche spettrali.
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
- Pulsars
- Binarie X
Programma esteso
- Lo spettro elettromagnetico
- Equazione del trasporto radiativo; radiazione di corpo nero; linee in emissione o/e assorbimento
- Ionizzazzione e sfera di Strömgren
- Emissione di Bremsstrahlung
- Trasformazioni di Lorentz. Beaming relativistico
- Sorgenti superluminali
- Invarianti relativistici
- Sincrotrone: dinamica di una carica in un campo magnetico; potenza emessa dal singolo elettrone.; frequenze caratteristiche;spettro emesso; utoassorbimento
- Scattering Thomson: Compton Inverso; potenza emessa dal singolo elettrone; spettro da una distribuzione non termica di elettroni
- Teoria di Bondi per l'accrescimento; disco di Shakura Sunyaev attorno a buchi neri
- Nuclei Galattici Attivi e loro fenomenologia.
- Pulsar nel diagramma P-Pdot: pusar giovani e riciclate. Binarie X,
Prerequisiti
Meccanica classica ed elettromagnetismo.
Modalità didattica
30 ore di lezioni frontali, prevalentemente alla lavagna e occasionalmente col supporto informatico; 12 ore di esercitazione.
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 riferimento:
Rybicki and Lightman, “Radiative Processes in Astrophysics” - Capitoli 1,3,4,5,6,7
Altri libri
Ghisellini, "Radiative processes in high energy astrophysics"
M.S. Longair, “High Energy Astrophysics”
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 presenta una classe di sorgenti da lui/lei scelte.
La valutazione di basa su tre criteri:
**Profondità nella Comprensione **
☐ Dimostrare una comprensione approfondita dell’argomento.
☐ Mostrare la capacità di collegare concetti e applicare le conoscenze nel contesto.
Capacità Analitiche
☐ Eseguire correttamente derivazioni analitiche.
☐ Formulare domande pertinenti, stimolanti e ben argomentate.
Chiarezza e Sintesi nell’Esposizione
☐ Esporre le idee in modo chiaro e con una struttura logica.
☐ Utilizzare un linguaggio preciso e, se del caso, supporti visivi adeguati.
Orario di ricevimento
Su appuntamento via email
Sustainable Development Goals
Aims
Radiative processes are crucial in astrophysics because they govern how electromagnetic energy is sourced and transferred through space in order to infer information about cosmic objects. This course is an introduction to the radiative processes fundamental for the description of high-energy astrophysical sources. It offers tools to infer the physical properties of cosmic sources based on the radiation they emit and enables modeling of their spectral 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
- Pulsars
- X-ray binaries
Detailed program
- The electromagnetic spectrum and the spectral decomposition of electromagnetic fields
- The radiative transport equations; black body radiation; application to line emission and line absorption; line shift and broadening
- Reionization and Strömgren sphere from UV sources
- Bremsstrahlung emission
- Special relativity: aberration, beaming and superluminal sources
- 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: Inverse Compton; total power emitted by a single electron and spectral properties; spectra from non thermal electrons
- Bondi model for accretion and the Shakura Sunyaev accretion disc around black holes
- Active Galactic Nuclei: phenomenology; relativistic iron line emission line; broad and narrow optical emission lines; unification schemes
- Pulsars in the P-Pdot diagram; X-ray binaries
Prerequisites
Classical mechanics, classical electro-magnetism.
Teaching form
30 hours of frontal lectures, mostly at the blackboard, occasionally with the support of slides; 12 hours of supporting activities and exercises.
Lectures are in English.
Recorded lectures from previous years are available for students who may be unable to attend classes in person.
Textbook and teaching resource
Reference book
Rybicki and Lightman, “Radiative Processes in Astrophysics” - Chapters 1,3,4,5,6,7
Other books
Ghisellini, "Radiative processes in high energy astrophysics"
Longair, “High Energy Astrophysics”
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.
Evaluation is based on three equally important criteria:
Depth of Understanding
☐ Demonstrate a comprehensive grasp of the subject matter.
☐ Show ability to connect concepts and apply knowledge in context.
Analytical Thinking
☐ Successfully perform analytical derivations.
☐ Pose relevant, thoughtful, and probing questions.
Clarity and Conciseness of Presentation
☐ Present ideas in a clear and logically structured manner.
☐ Use precise language and appropriate visual aids
Office hours
Upon email appointment
Sustainable Development Goals
Staff
-
Monica Colpi
