Corso di laurea magistrale in Fisica

• 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.

Conoscenze teoriche su

• Osservazione da terra di sorgenti astrofisiche.
• Osservazione con satelliti di sorgenti astrofisiche.
• Telescopi e missioni spaziali.
• Strumentazione astronomica e rivelatori.
• Data mining astronomico per l'utilizzo di dati di cataloghi.
  

Conoscenze sperimentali (laboratorio) su

• Riduzione ed analisi di dati acquisiti con i satelliti Chandra e/o SWIFT, Solar B.
• Studio del problema dell'associazione delle sorgenti astrofisiche.

 

Le modalità d'insegnamento del corso consistono in

• lezioni di teoria: gli argomenti del programma sono illustrati in aula con l'ausilio di una presentazione per le immagini che sono difficilmente riproducibili.
• esperienze di laboratorio: sono previsti 2-3 esperimenti. Le/Gli studentesse/i, divise/i in piccoli gruppi prepareranno una relazione con la descrizione delle procedure seguite ed i risultati ottenuti per almeno 2 esperienze di laboratorio.

La verifica dell'apprendimento avverrà tramite i seguenti 3 passi:

1. Valutazione della relazione dell'esperienza di laboratorio (max 4 pagine).
2. Presentazione relativa alla descrizione della strumentazione di un telescopio/satellite a scelta (max 10 slides). 
3. Interrogazione orale sugli argomenti svolti nel programma (~4 argomenti per esame).
    

Personale docente dell'Osservatorio Astronomico di Torino e del Dipartimento di Fisica. 

Argomenti delle lezioni

• Sistemi di coordinate celesti (Alt-Azimutale, equatoriale, coordinate galattiche). Calcolo della separazione angolare. Modello di atmosfera istoerma e politropica. Assorbimento atmosferico. Attenuazione delle onde elettromagnetiche nelle bande infrarossa, visibile ed ultravioletta. Assorbimento della radiazione e legge di Lambert-Bouguet-Beer. Airmass assoluta e relativa. Calcolo airmass nel caso di geometria piana e con curvatura terrestre. Relazione airmass-magnitudine. 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, tempo di coerenza. Rapporto di Strehl ed Approssimazione di Marechal. 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.

• Rumore. Funzione di Autocorrelazione. Random walk. Moto browniano ed equazione di Langevin. Rumore Johnson. Rumore di temperatura. Shot noise e rumore di generazione-ricombinazione. Rumore Flicker. Rumore di origine fondamentale negli amplificatori. Rumore fotometrico/fotonico.

• 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.

• Polarizzazione. Meccanismi di polarizzazione in astrofisica. Stati di polarizzazione di un'onda elettromagnetica. Parametri di Stokes. Misura della polarizzazione. Minimum Detectable Polarization. Polarizzazione per effetto fotoelettrico e per diffusione Thomson e Compton.

• Surveys, cataloghi e database astronomici. Distribuzione spaziale delle sorgenti e proiezioni.Incertezza posizionale e associazione. Metodo delal massima verosimiglianza per associazione delle sorgenti. Conteggi di sorgenti e logN-logS.

 Esperimenti di laboratorio

• Riduzione ed analisi dati di radio galassie ed ammassi di galassie acquisiti con i satelliti Chandra e/o SWIFT.
• Analisi dati plamsa coronale di un brillamento solare acquisiti con Solar B.
• Studio del problema dell'associazione delle sorgenti astrofisiche.

 

ORARIO LEZIONI

27.02.2023 9am [coordinate ed atmosfera]

06.03.2023 9am [trasporto radiativo]
10.03.2023 11am [seeing]

13.03.2023 9am [telescopi]

27.03.2023 9am [telescopi]
29.03.2023 2pm [telescopi]

03.04.2023 9am [CCDs]

12.04.2023 2pm [SNR]

17.04.2023 9am [fotometria]
21.04.2023 11am [spettroscopia]

05.05.2023 11am [spettroscopia]

12.05.2023 11am [rivelatori HE]

15.05.2023 9am [rivelatori HE]

 

ORARIO LABORATORI

19.04.2023 laboratorio - X-ray spectroscopy
26.04.2023 laboratorio - X-ray spectroscopy

03.05.2023 laboratorio - IFU
10.05.2023 laboratorio - IFU

17.05.2023 laboratorio - Fisica solare
24.05.2023 laboratorio - Fisica solare

- 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.