Didattica - Università degli Studi di Padova

Syllabus

Prerequisiti:	Elementi di trigonometria piana, derivate, integrali, nozioni di base di fisica. Insegnamenti propedeutici: Astronomia I e Astronomia II (mod. A) del Corso di Laurea in Astronomia.
Conoscenze e abilita' da acquisire:	L'insegnamento si propone di fornire agli studenti i fondamenti teorici della struttura e dell'evoluzione delle stelle, dalla loro nascita fino agli stadi finali.
Modalita' di esame:	Verifica orale e/o scritta con domande aperte su tutti gli argomenti trattati nell'insegnamento.
Criteri di valutazione:	Accertamento della comprensione e della padronanza degli argomenti trattati.
Contenuti:	1) Introduzione e panoramica dell'insegnamento. Vincoli osservativi, il diagramma H-R, relazioni massa-luminosità e massa-raggio, popolazioni stellari e abbondanze chimiche. 2) Idrostatica, energetica e scale di tempo. Derivazione di tre equazioni della struttura stellare (conservazione di massa, quantità di moto ed energia). Equilibrio idrostatico e termico. Derivazione del teorema del viriale e le sue conseguenze per l'evoluzione stellare. Derivazione delle scale di tempo caratteristiche dell'evoluzione stellare. 3) Equazione di stato (EoS). Equilibrio termodinamico locale. Derivazione generale di n, U, P, dalla meccanica statistica. Casi limite: gas ideale, degenerazione. Miscela di gas e radiazione. Processi adiabatici. Ionizzazione (equazione di Saha, conseguenze per le proprietà termodinamiche). 4) Trasporto di energia all'interno delle stelle. La 4a equazione della struttura stellare: l'equazione del trasporto di energia. Approssimazione diffusiva del trasporto di radiazione. Il gradiente di temperatura radiativo. Opacità. Luminosita' di Eddington. Convezione: Derivazione di criteri di stabilità (Schwarzschild, Ledoux). Trasporto di energia convettivo. Teoria della Mixing Length. 5) Reazioni termonucleari. Produzione di energia nucleare (energia di legame). Derivazione della velocità di reazione termonucleare (sezioni d'urto, effetto tunnel, picco di Gamow). Dipendenza dalla temperatura della velocità di reazione nucleare. Cicli di combustione: bruciamento dell'idrogeno medainte la catena p-p e il ciclo CNO. Bruciamento dell'elio: reazioni 3-alfa e alfa + C. Reazioni di bruciamenti nucleari avanzati. 6) Le equazioni dell'evoluzione stellare. Introduzione, derivate rispetto a tempo / spazio, casi limite. Condizioni al contorno e loro effetto sulla struttura stellare. Metodi di soluzione. 7) Modelli stellari semplici.Modelli politropici. Relazioni di omologia: principi, derivazione, applicazione alle fasi di contrazione gravitazionel e alla fase di sequenza principale. 8) Evoluzione schematica dal teorema del viriale (VT). Evoluzione delle regioni centrali della stella combinando il VT ed EOS: tracce evoluzione in termini di (P, rho) e (T, rho). Evoluzione o meno verso la condizione di degenerazione del gas. La massa di Chandrasekhar, stelle di piccola massa vs stelle massicce. Masse critiche per l'innesco dei bruciamenti, nane brune, cicli di combustione nucleare. 9) Evoluzione dettagliata: verso e sulla sequenza principale (MS). Semplice derivazione della linea di Hayashi, evoluzione di pre-MS. Proprietà della ZAMS: relazioni M-L e M-R, comparsa delle regioni convettive. Evoluzione durante la MS: cambiamenti strutturali, caratteristiche di stelle di piccola massa vs quelle di massa elevata, effetti di overshooting. 10) Evoluzione di Post-MS. Il limite di Schoenberg-Chandrasekhar, il principio dello specchio. La fase di bruciamento di H in shell: Hertzsprung-gap, la fase di ramo di gigante rossa (RGB), il primo dredge-up. La fase di bruciamento centrale di elio: ramo orizzontale, loop delle Cefeidi. perdita di massa in RGB. 11) Stadi evolutivi avanzati delle stelle di massa piccola e intermedia. La fase di Il ramo asintotico (AGB): pulsi termici, secondo e terzo dredge-up, perdita di massa, nucleosintesi. Nane bianche: struttura, effetti non ideali, Descrizione semplificata della teoria del raffreddamento. 12) Evoluzione di pre-supernova di stelle massicce. Importanza della perdita di massa in tutto il diagramma H-R (stelle O, RSG, LBV e WR). Evoluzione del nucleo: cicli di combustione nucleare e perdite di neutrini. 13) Esplosioni di supernova e resti di stelle massicce. Evoluzione del nucleo fino al collasso. Supernovae di tipo Ia.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento:	Lezioni in aula, con utilizzo sia di metodologia classica (lezioni alla lavagna) che di supporti multimediali (diapositive, filmati, applet, interfacce-web per la generazione in tempo reale di modelli stellari). Le lezioni sono tenute in lingua inglese.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio:	Diapositive e altro materiale reso disponibile in formato elettronico agli studenti. I testi di riferimento non sono obbligatori e possono essere consultati presso l'ufficio del docente.
Testi di riferimento:	Salaris, Maurizio; Cassisi, Santi, Evolution of Stars and Stellar Populations. Chichester: John Wiley & Sons, Ltd., 2005. Hansen, Carl J.; Kavaler, Steven D.; Trimble, Virginia, Stellar Interiors: Physical Principles, Structure, and Evolution. New York: Springer, 2004. Kippenhahn, Rudolf; Weiss, Achim, Stellar Structure and Evolution. Heidelberg: Springer, 2012. Prialnik, Dina, An Introduction to the Theory of Stellar Structure and Evolution. Cambridge: Cambridge University Press, 2010.