Corso di laurea magistrale in Fisica

Nessun esame.

- Conoscenza di base delle tecniche di rivelazione della radiazione elettromagnetica.
- Fotometria.
- Spettroscopia.
- Polarimetria.
- Rivelatori per astronomia in banda radio, infrarossa, visibile, X e gamma.
- Tecniche di astrostatistica per utilizzo di cataloghi astronomici.

[] Indicatori di Dublino: Conoscenza e comprensione.
Il corso si prefigge come scopo principale la formazione di base (i) delle tecniche di rivelazione della radiazione elettromagnetica proveniente da sorgenti astrofisiche, (ii) su come vengono fatte osservazioni astronomiche da terra e con satelliti e (iii) sui rivelatori per astronomia nelle diverse bande dello spettro elettromagnetico.

[] Indicatori di Dublino: Capacità di applicare conoscenza e comprensione.
La formazione includerà formazione per acquisire capacità di ridurre ed analizzare i dati di osservazioni spaziali nella banda dei raggi X ed analisi di osservazioni spettroscopiche nella banda visibile (secondo punto).

Argomenti delle lezioni

[] Sistemi di coordinate celesti (Alt-Azimutale, equatoriale, coordinate galattiche). Calcolo della separazione angolare. Modelli di atmosfera. Assorbimento atmosferico. Assorbimento della radiazione e legge di Lambert-Bouguet-Beer. Airmass assoluta e relativa. Diffusione della radiazione (Rayleigh, Mie). Estinzione ed arrossamento.

[] Richiami di ottica geometrica: riflessione e rifrazione, principio di Fermat, legge della riflessione e Legge di Snell. Rifrazione atmosferica e deviazione angolare. Legge di Gladstone - Dale. Dispersione atmosferica, Scintillazione, Estinzione, Emissione e Turbolenza. Effetti atmosferici su scale macro, meso e micro e turbolenza Atmosferica.
Seeing Astronomico ed speckle imaging. Parametro di struttura dell'indice di rifrazione. Parametro di Fried, angolo isoplanatico. Rapporto di Strehl. Ottiche adattive.

[] Richiami di ottica geometrica: diottro sferico ed approssimazione parassiale (o di Gauss), specchio sferico concavo. Coniche e Quadriche in astronomica. Aberrazioni. Specchio concavo e calcolo lunghezza focale. Aberrazione sferica longitudinale e trasversa. Aberrazioni geometriche (monocromatiche) e teoria di Siedel del III ordine. Aberrazione Sferica, Coma, Astigmatismo, Curvatura di Campo, Distorsione. Spot diagrams. Aberrazione cromatica.

[] Telescopi. Montature: equatoriale ed alt-azimutale. Telescopi rifrattori, riflettori e catadiottrici. Apertura, lunghezza focale, rapporto focale, campo di vista. Configurazioni: primario, newtoniano, Cassegrain, Nasmyth o Coudè. Varianti della configurazione Cassegrain (Gregoriano, Dell-Kirkham, Ritchey-Chrétien) e camera Schmidt.

[] Richiami su effetto fotoelettrico. Sezione d'urto per effetto fotoelettrico. Fotoionizazione, fluorescenza, effetto Auger ed elettroni Coster-Kronig. Charge Coupled Devices (CCDs). Struttura del condensatore MOS (Metal Oxide Semiconductor) e funzionamento. Smearing e binning delle immagini. Caratteristiche di un CCD. Campionamento e risoluzione angolare. Signal to Noise ratio (SNR). Shot, Sky, Read and Dark noise. Formula per il calcolo del tempo di esposizione. Point Spread Function. Profilo della Point Spread Function: King, gaussiano, Moffat . Definizione di Modulation Transfer Function (MTF). PSF wings ed aureole. Rapporto di Strehl ed Approssimazione di Marechal.

[] Analisi delle immagini. Guadagno del CCD. Bias frame, dark frame and flat field corrections. Incertezza del segnale corretto per bias e flat field. Incertezza sul segnale della sorgente. Casi limite: photon noise limited - Sky limited - RN limited. Fotometria di apertura e fotometria con PSF fitting.

[] Spettroscopia. Richiami sulla diffrazione di Fraunhofer da singola fendiura. Richiami su diffrazione da apertura circolare e Criterio di Rayleigh. Richiami sulla diffrazione di Fraunhofer da doppia fendiura. Reticolo di Diffrazione. Dispersione angolare. Potere risolutivo ed intervallo spettrale libero. Reticoli a riflessione. Blazing dei reticoli a riflessione. Monocromatore a reticolo. Reticoli a Echelle. Elementi principali di uno spettrografo. Calcolo potere risolutivo. Osservazioni all'angolo parallattico. Plat scale di un telescopio. Throughput o etendue o accettanza/rapidità ottica. Progettare uno spettrometro. Grismi. Multi-slit spectrographs. Integrated field spectrographs. Spettroscopia a raggi X.

[] Richiami interazione radiazione materia - elettroni. Richiami collisioni elastiche ed anelastiche. Richiami sulla radiazione di bremsstrahlung, radiazione Cherenkov, effetto Compton, produzione di coppie elettrone-positrone. Sciami elettromagnetici. Modello di Heitler. Telescopi per astronomia a raggi gamma: Cherenkov. Sviluppo trasversale dello sciame elettromagnetico. Sviluppo longitudinale dello sciame elettromagnetico. Calcolo energia critica. Richiami Fotomoltiplicatore. Funzionamento del telescopio pair tracking. Anticoincidenza. Calorimetri. Telescopi Compton.

[] Surveys, cataloghi e archivi astronomici. Distribuzione spaziale delle sorgenti e proiezioni. Incertezza posizionale e associazione. Metodo della massima verosimiglianza per associazione delle sorgenti. Conteggi di sorgenti e logN-logS.

Esperienze di laboratorio

[] Riduzione ed analisi dati di radio galassie ed ammassi di galassie acquisiti con i satelliti Chandra e/o SWIFT e da osservazioni da terra con lo strumento MUSE @ ESO-VLT.
[] Analisi dati plasma coronale di un brillamento solare acquisiti con Solar B.

Tradizionale (Lezioni frontali alla lavagna).
- 12 lezioni di teoria (24 ore)
- 6 esercitazioni in laboratorio (24 ore)

- Valutazione di 2 relazioni e di 1 esercizio relative alle esperienze di laboratorio (max 4 pagine cad.).
- Presentazione relativa alla descrizione della strumentazione di un telescopio/satellite a scelta (max 10 slides). 
- Interrogazione orale sugli argomenti svolti nel programma (~4 argomenti per esame).

Assistenza da parte del personale docente dell'Osservatorio Astronomico di Torino. 

- Appunti delle lezioni.

- Testi consigliati: 

[1] "Astronomy Methods" H. Bradt
[2] "High Energy Astrophysics" M. S. Longair

- Testi consigliati per consultazione:

[3] "Observational Astrophysics" P. Lena, D. Rouan, F. Lebrun, F. Mignard, D. Pelat
[4] "Radiation Detection and Measurement" G. F. Knoll
[5] "Astrophysical Techniques" C. R. Kitchin

[6] "Classical Electrodynamics" J. D. Jackson
[7] "Radiative processes in astrophysics" G. B. Rybicki & A. Lightman

[8] "Observational Astrophysics" J. Bleeker
[9] "Astronomy_Principles&Practice" A. E. Roy & D. Clarke

[10] "Handbook of CCD astronomy" S. B. Howell
[11] "An Introduction to Astronomical Photometry Using CCDs" W. Romanishin

- Ulteriori testi suggeriti per approfondimento:

[12] "Reflecting Telescopes Optics I" R. N. Wilson
[13] "Astronomical Image and Data Analysis" J. L. Stark & F. Murtagh

- Materiale distribuito per gli esperimenti.

Nessuna propedeuticità obbligatoria. Frequenza non obbligatoria, ma fortemente consigliata.