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a Ciclo Unico
Scuola di Scienze
PHYSICS
Insegnamento
MULTIMESSENGER ASTROPHYSICS
SCP7081762, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2018/19

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
PHYSICS
SC2382, ordinamento 2017/18, A.A. 2019/20
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Curriculum PHYSICS OF THE FUNDAMENTAL INTERACTIONS [001PD]
Crediti formativi 6.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese MULTIMESSENGER ASTROPHYSICS
Sito della struttura didattica http://physics.scienze.unipd.it/2019/laurea_magistrale
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Fisica e Astronomia "Galileo Galilei"
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione INGLESE
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile ELISA BERNARDINI FIS/01

Mutuante
Codice Insegnamento Responsabile Corso di studio
SCP7081762 MULTIMESSENGER ASTROPHYSICS ELISA BERNARDINI SC2490

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
AFFINE/INTEGRATIVA Attività formative affini o integrative FIS/01 6.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Secondo semestre
Anno di corso II Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 6.0 48 102.0

Calendario
Inizio attività didattiche 02/03/2020
Fine attività didattiche 12/06/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2017

Syllabus
Prerequisiti: Il corso è indirizzato a studenti con basi di fisica delle particelle elementari e fisica nucleare.
Conoscenze e abilita' da acquisire: Il corso è un'introduzione all'astrofisica multi-messaggera, da una prospettiva prevalentemente sperimentale.
Gli argomenti includono (in Inglese):

* particles' interactions in matter and interactions of astroparticles
* cosmic rays and their interactions
* acceleration of cosmic rays
* propagation of cosmic rays through the galaxy and in extragalactic environments
* interactions of cosmic rays in the atmosphere and production of secondary particles
* direct and indirect measurements of cosmic rays
* cosmic rays at the most extreme energies (UHECR) and their propagation
* cosmogenic radiation and neutrinos
* candidate sources of cosmic rays
* multi-messenger approach: combining information from different types of particles and waves
* gamma-ray astrophysics
* multi-wavelength observations of astrophysical sources
* neutrino astrophysics
* gravitational waves
Modalita' di esame: Esame orale.
Criteri di valutazione: 1 - Capacita' di risolvere problemi ed esercizi sugli argomenti trattati nel corso.
2 - Capacita' di esporre in modo chiaro e consapevole i temi trattati nel corso.
Contenuti: Il termine "multi-messaggero" è relativamente nuovo e sempre più in uso in astronomia e astrofisica. Si riferisce alla combinazione delle informazioni ottenute da diverse particelle e onde (messaggeri) per raggiungere una comprensione più esaustiva degli oggetti astrofisici che osserviamo.

La luce visible rivela infatti solo una porzione dei misteri dell'Universo. Osservazioni astronomiche moderne combinano dati ottenuti a varie lunghezze d'onda, dal radio, ottico, fino agli estremi dello spettro elettromagnetico osservato, nei raggi gamma. Sorgenti in grado di emettere raggi gamma delle energie più estreme, sono ritenute in grado di accelerare particelle ad energie che eccedono quelle attualmente raggiungibili ai grandi laboratori per lo studio delle particelle e delle loro interazioni. Alcune di queste particelle accelerate da sorgenti astrofisiche possono raggiungere la Terra sotto forma di raggi cosmici, scoperti oltre 100 anni fa. Tali raggi cosmici possono interagire in prossimità delle sorgenti che li emettono, dando origine ad altre particelle secondarie, quali i neutrini e i raggi gamma. Mentre i raggi cosmici sono deviati dai campi magnetici intergalattici durante il loro cammino, neutrini e raggi gamma, essendo particelle neutre, mantengono memoria della loro direzione di origine. La loro traiettoria può quindi essere utilizzata per identificare le sorgenti astrofisiche che li hanno prodotti.
I neutrini sono particelle evanescenti e molto difficili da rivelare. Sono necessari strumenti del volume dell'ordine di un kilometro-cubo per rivelare i neutrini di energie superiori alle decine di GeV. L'anno 2013 ha assistito alla scoperta dei neutrini di origine cosmica per mano dell'esperimento IceCube situato in Antartide, inaugurando una nuova finestra di osservazione dell'Universo.
Gli oggetti astrofisici più estremi, legati agli eventi più violenti nel nostro Universo, sono spesso associati a buchi neri o oggetti compatti quali stelle di neutroni. Quando due corpi astrofisici di questo tipo orbitano in un sistema legato, sono ritenuti in grado di emettere onde gravitazionali. L'anno 2015 ha assistito alla prima rivelazione di onde gravitazionali (GW150914) emesse pochi istanti prima della fusione di due buchi neri, misurate dai rivelatori LIGO negli Stati Uniti. La scoperta è stata celebrata dal Premio Nobel per la fisica.
L'anno 2017 ha vissuto il trionfo dell'astrofisica multi-messaggera con l'identificazione della prima sorgente di neutrini cosmici, la blazar TXS 0506+056, coadiuvata dalle osservazione elettromagnetiche che hanno risposto alla diffusione delle coordinate di un neutrino di alta energia, IceCube-170922A. Questo evento ha seguito di pochi giorni un'altro trionfo dell'astrofisica multi-messaggera: la rivelazione di onde gravitazioni (GW170817) dovute alla fusione di due stelle di neutroni e associate ad un lampo di raggi gamma (GRB 170817A).
Entrambi i risultati dimostrano il potenziale dell'astrofisica multi-messaggera nell'osservare e comprendere i fenomeni più estremi e misteriosi nel nostro Universo.
Questo corso ne illustra i fondamenti.
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Lezioni frontali ed esercizi.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: Verranno utilizzati prevalentemente i libri di testo sotto indicati.
Materiale integrativo (risultati sperimentali in forma grafica, materiale riassuntivo in formato PDF) verrà fornito durante le lezioni.
Testi di riferimento:
  • Spurio, Maurizio, The Probes of Multimessenger Astrophysics. --: Springer, 2019.
  • Perkins, Donald H., Particle astrophysicsD.H. Perkins. Oxford: Oxford University Press, 2009. Cerca nel catalogo
  • De_Angelis, Alessandro; Pimenta, Mário João Martins, Introduction to particle and astroparticle physicsmultimessenger astronomy and its particle physics foundationsAlessandro De Angelis, Mario Pimenta. Cham: Springer, 2018. Cerca nel catalogo
  • Longair, Malcolm S., High energy astrophysicsMalcolm S. Longair. Cambridge: Cambridge University Press, 2011. Cerca nel catalogo