- Docente: Carlo Nipoti
- Crediti formativi: 6
- SSD: FIS/05
- Lingua di insegnamento: Italiano
- Modalità didattica: Convenzionale - Lezioni in presenza
- Campus: Bologna
- Corso: Laurea Magistrale in Astrofisica e cosmologia (cod. 8018)
Conoscenze e abilità da conseguire
Al termine del corso, lo studente possiede una buona conoscenza della teoria della dinamica dei fluidi ideali e viscosi e delle sue applicazioni al mezzo interstellare nelle galassie. In particolare, è in grado di descrivere, nelle loro linee basi, i processi di formazione stellare ed il feedback stellare nel mezzo circostante. Lo studente è, inoltre, a conoscenza delle principali tecniche osservative (righe di emissione ottiche e radio) che permettono lo studio della cinematica del gas nelle galassie.
Contenuti
Conoscenze e abilità da conseguire
Lo scopo del corso è di fornire allo studente gli strumenti
fondamentali per studiare la dinamica del gas nei diversi tipi di
galassie e di introdurre alcune importanti applicazioni astrofisiche.
Al termine del corso, lo studente ha dimestichezza con i principali
modelli analitici che descrivono l'equilibrio idrodinamico del gas
nelle galassie e le instabilità idrodinamiche. Possiede infine una
conoscenza di base del ruolo dei campi magnetici nella dinamica del
gas nelle galassie e dell'influenza di alcuni dei processi studiati
sulla formazione ed evoluzione delle galassie.
Programma/contenuti
- Fondamenti di fluidodinamica astrofisica: conservazione di massa,
momento ed energia, equazione di stato, gravità, raffreddamento,
riscaldamento, conduzione termica.
- Principali proprietà osservate del gas nelle galassie: galassie a
disco (gas atomico neutro, gas ionizzato, gas molecolare), galassie
ellittiche (gas caldo con emissione X, gas tiepido ionizzato, gas
neutro).
- Equilibrio del gas nelle galassie: autogravità e potenziali
gravitazionali esterni, equilibrio idrostatico (distribuzioni
isoterme, adiabatiche, politropiche), temperatura viriale di un
alone di materia oscura, strato autogravitante isotermo, sfera di
gas isoterma e autogravitante, equilibrio con rotazione
(distribuzioni barotropiche e barocline), dischi sottili e spessi.
- Stabilità e instabilità idrodinamiche: perturbazioni euleriane e
lagrangiane, perturbazioni lineari e non lineari, onde acustiche,
instabilità gravitazionale (di Jeans), instabilità convettiva (di
Schwarzschild), instabilità rotazionale (di Rayleigh), criterio di
Solberg-Hoiland, instabilità termica, instabilità di Toomre.
- Flussi di gas nelle galassie: inflow e outflow stazionari, shock,
accrescimento di gas su buchi neri supermassicci (accrescimento di
Bondi e limite di Eddington).
- Magnetoidrodinamica del gas nelle galassie: equazioni della
magnetoidrodinamica, equilibrio di un gas magnetizzato in una
galassia, rotazione e campo magnetico, onde magnetoacustiche e di
Alfven, instabilità magnetorotazionale.
- Dinamica del gas nella formazione ed evoluzione delle galassie:
riscaldamento da
shock, raffreddamento del gas alla temperatura viriale,
accrescimento caldo e freddo, formazione stellare, feedback da
stelle e da nuclei galattici attivi.
Testi/Bibliografia
- J. Pringle and A. King "Astrophysical flows", 2014, Cambridge University Press
- C. Clarke and B. Carswell "Principles of Astrophysical Fluid Dynamics", 2014, Cambridge University Press
- F. Shu "The physics of astrophysics", 1992, University Science Books
- Landau, L. D., and Lifshitz, E. M. 1959. Fluid mechanics
- Binney, J., and Tremaine, S. 2008. Galactic Dynamics: Second Edition. Princeton University Press.
- J.-L. Tassoul "Theory of rotating stars", 1978, Princeton University Press
- H. Mo, F.C. van den Bosch and S.D.M. White, "Galaxy Formation and Evolution", 2010, Cambridge University Press
Articoli e parti di altri libri saranno suggeriti durante le lezioni.
Appunti delle lezioni saranno messi a disposizione degli studenti.
Metodi didattici
Lezioni frontali
Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento
La verifica dell'apprendimento avverrà tramite un esame orale nel
quale allo studente saranno poste tre domande riguardanti tre distinti argomenti tra quelli presentati a lezione. L'esame orale ha lo scopo di verificare la conoscenza sia della teoria della dinamica del gas astrofisico che delle applicazioni alle galassie.
Strumenti a supporto della didattica
Lavagna e proiettore
Orario di ricevimento
Consulta il sito web di Carlo Nipoti