16927 - LABORATORIO DI ASTROFISICA

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente ha familiarità con la strumentazione di base in uso nell'astronomia da terra e dallo spazio, conosce i parametri che caratterizzano le prestazioni degli strumenti base per le misure in astronomia. In particolare, lo studente grazie all'attività di laboratorio prevista è in grado di utilizzare tecnologie moderne per l'acquisizione e l'analisi di dati astronomici ottenuti in diverse regioni dello spettro elettromagnetico (dal radio all'X). Fa esperienza di lavoro di gruppo ed è in grado di presentare e discutere i risultati di una misura di carattere astronomico attraverso brevi elaborati scritti.

Contenuti

Il corso si divide in due parti principali: lezioni frontali e analisi/interpretazione dati. La prima parte comprende lezioni introduttive sulla rivelazione di segnali astronomici e concetti generali (background, SNR, PSF), per poi focalizzarsi su argomenti specifici legati alle bande osservative (radio, ottica/vicino-IR, X-ray e Gamma) di interesse del corso, argomenti che sono propedeutici per la successiva analisi dati. 

Per quanto riguarda l'analisi dati e la loro interpretazione, sono previsti tre corsi di laboratorio, ciascuno dei quali si concentra su argomenti a lunghezze d'onda differenti: radio (bassa ed alta frequenza), ottico/vicino-IR e banda X/Gamma/TeV. Tutti gli studenti devono frequentare i tre corsi di laboratorio, ciascuno dei quali comprende lezioni, tutorials ed esercitazioni inerenti alla riduzione di dati, alla loro analisi e successiva interpretazione. Gli studenti sono divisi in gruppi, ciascuno dei quali lavora su un progetto scientifico specifico. 

Nel caso del laboratorio di alta energia, in passato si e' offerta agli studenti la possibilità di svolgere un'esercitazione riguardante la calibrazione di uno strumento di alta energia presso i laboratori del IV piano di INAF-OAS (edificio del CNR) sotto la supervisione di esperti del settore.

In seguito si riporta una lista non esaustiva di argomenti generali e specifici trattati nel corso: 

• Rivelazione del segnale astronomico. Trasmissione della radiazione elettromagnetica attraverso l'atmosfera.

• Il background e sua trattazione nell'analisi dati.

• Concetti di PSF, rapporto segnale-rumore.

• Fotometria: sistemi fotometrici, calibrazioni, fotometria d'apertura e da PSF fitting.

• Spettroscopia: spettri di varie classi di oggetti (stelle, galassie, AGN).

• Cinematica: misura della velocità radiale e del redshift da spettri osservati. 

• Proprieta' dei telescopi alle varie lunghezze d'onda.

• Utilizzo di exposure time calculators.

• Excursus sulle proprietà dei principali telescopi moderni alle varie lunghezze d'onda, e prospettive per il futuro.

• Analisi dati in banda ottica/vicino-IR.

• Concetti di interferometria e analisi dati ALMA.

• Analisi di dati interferometrici in banda radio e (sub)millimetrica. 

• Analisi di dati di alta energia.

• Funzionamento di un rivelatore di alta energia e relativa presa dati.

• Proprieta` alle alte energie degli AGN: problematiche aperte e sviluppi futuri.

Testi/Bibliografia

•  Glenn F. Knoll: "Radiation Detectors for X-Ray and Gamma-Ray Spectroscopy"
• Keith Arnaud, Randall Smith, Aneta Siemiginowska: "Handbook of X-ray Astronomy"

Astronomia osservativa e tecniche osservative

•  Hale Bradt: "Astronomy Methods"
• George H. Rieke: "Measuring the Universe. A Multiwavelength Perspective"
• E.C. Sutton: ”Observational Astronomy. Techniques and Instrumentations"
• Kitchin C. R.: "Telescopes and Techniques"

Radioastronomia

•  G.B. Taylor, C.L. Carilli, R.A. Perley: "Synthesis imaging in radio astronomy II" (ASP Conf. Ser., Vol. 180)
• B.F. Burke: "An Introduction to radio astronomy"
• T.L. Wilson, K. Rohlfs, S. Huettemeister: "Tools of Radio Astronomy"
• A.R. Thompson, J.M. Moran, G.W. Swenson Jr.: "Interferometry and Synthesis in Radio Astronomy"
• J.J. Condon & S.M. Ransom: "Essential Radio Astronomy" 

Altro

• Manuali e guide all'analisi dati
• Letture/linee guida/ manuali/lezioni/tutorials/esercitazioni: https://indico.ict.inaf.it/event/959/
• https://science.nrao.edu/opportunities/courses/era/

Metodi didattici

L'insegnamento comprende presentazioni powerpoint, tutorials e lezioni alla lavagna. 

I corsi di laboratorio, obbligatori, sono tre (radio/(sub)-mm, ottico/vicino-IR, X-ray/Gamma-ray) e si basano su analisi dati e loro interpretazione. Gli studenti sono divisi in vari gruppi, ad ognuno dei quali viene assegnato un progetto specifico (quindi un set di dati specifico). Questi verranno analizzati con le tecniche più recenti, ampiamente descritte nei tutorials. La parte di discussione con i docenti ed esperti del settore sono un'essenziale componente dei questi lavoratori.  

La struttura del corso e` pensata in modo tale da fornire agli studenti gli strumenti necessari per lavorare all'interno di un gruppo in modo efficiente, leggere e comprendere articoli scientifici e discutere i risultati attraverso relazioni scritte (previste per il corso di laboratorio radio/(sub)-mm) e presentazioni powerpoint (laboratori ottico/vicino-IR e X-ray). 

Tutti gli studenti sono tenuto a seguire le lezioni frontali ed i tutorials, nonché i tre laboratori di analisi dati. Per quanto riguarda quello radio/sub-mm, meta` degli studenti seguiranno quello VLA (bassa frequenza) e meta` quello sub-mm (alta frequenza).

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

L'esame e` strutturato come segue:

• Per quanto riguarda il corso di laboratorio radio/(sub)-mm, ciascun gruppo presenta una relazione scritta finale, con tempistiche che verranno indicate dai docenti. I responsabili del corso forniranno commenti e effettueranno una verifica delle conoscenze dei singoli studenti.
• Per quanto riguarda i corsi di laboratorio in banda ottica/vicino-IR e X-ray/Gamma-ray, ciascun gruppo, al termine della prova (le tempistiche precise verranno indicate durante il corso), dovrà presentare i risultati tramite powerpoint. Ad ogni studente verra` assegnata una parte della presentazione powerpoint (tramite scelta casuale).

I voti finali verranno decisi sulla base della qualità della presentazione e della capacita` dimostrata dai singoli studenti di lavorare intensamente e in modo appropriato sia per quanto riguarda la fase di analisi dati sia in quella successiva di interpretazione. 

Piu' nel dettaglio, ogni laboratorio assegna un giudizio, a cui e' assegnato un intervallo di voti; gli studenti potranno decidere, alla fine dei tre laboratori e delle relative prove di verifica, se accettare il voto, espresso in trentesimi, risultante dai giudizi (voti) dei singoli laboratori oppure se sostenere l'esame orale finale relativo alle tre prove di laboratorio; in questo caso, lo studente in pratica rinuncia al voto assegnato dai tre laboratori. 

Strumenti a supporto della didattica

Presentazioni powerpoint e lavagna.

Link ad altre eventuali informazioni

https://indico.ict.inaf.it/event/959/

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Cristian Vignali

Consulta il sito web di Alessio Mucciarelli

Consulta il sito web di Myriam Gitti

Consulta il sito web di Rosita Paladino

Consulta il sito web di Paola Grandi