96384 - GALAXY FORMATION AND EVOLUTION

Conoscenze e abilità da conseguire

The aim of the course is to provide the student with the fundamental knowledge of the extragalactic astrophysics, and the formation and evolution of galaxies in the cosmological framework. The student will learn the physical processes which explain the observed properties of galaxies and their evolution. In particular: (1) the main properties of our Galaxy, star forming galaxies, early-type galaxies and galaxy clusters in the present-day universe, (2) dark matter halos, (3) the cosmic evolution of baryonic matter, (4) the physics of galaxy formation, (5) the first luminous objects, (6) the observational studies of galaxy formation and evolution.

Contenuti

Il corso intende fornire una coerente e moderna panoramica dell'astrofisica extragalattica, della formazione ed evoluzione delle galassie nel contesto cosmologico e dei metodi osservativi per lo studio delle galassie ad alto redshift e dell’universo lontano.

Argomenti principali trattati nel corso

• Introduzione alle galassie
• La nostra Galassia
• Il Gruppo Locale
• Proprietà statistiche delle galassie odierne
• Modelli di sintesi di popolazione stellare
• Galassie star-forming
• Galassie early-type
• Ammassi di galassie
• Aloni di materia oscura
• Evoluzione della materia barionica
• Formazione delle prime stelle e delle galassie primordiali
• Processi fisici della formazione ed evoluzione delle galassie
• Osservazione delle galassie ad alto redshift
• Vincoli osservativi sull’evoluzione delle galassie
• Prospettive future e progetti di tesi

Testi/Bibliografia

Libro di testo principale

Introduction to Galaxy Formation and Evolution: From Primordial Gas to Present-Day Galaxies. Andrea Cimatti, Filippo Fraternali, Carlo Nipoti. Cambridge University Press.

Per approfondimenti:

Galaxy Formation and Evolution. Mo, van den Bosch & White. Cambrige University Press.

Altre letture verranno consigliate durante il corso. Inoltre vengono rese disponibili settimanalmente tramite la piattaforma online Virtuale le diapositive mostrate durante le lezioni. Le diapositive possono essere usate come guida e traccia degli argomenti svolti a lezione e come integrazione nei casi in cui il testo non sia sufficiente. Si sottolinea che le diapositive non sono sostitutive del libro di testo, ma lo complementano.

Programma di studio dettagliato nel testo Introduction to Galaxy Formation and Evolution:

1. Introduction

3. Present-Day Galaxies as a Benchmark for Evolutionary Studies

3.1 Morphology, 3.2 Spectral Energy Distributions, 3.3 Integrated Radiation from Galaxies, 3.4 Galaxy Spectra, 3.5 Statistical Distributions of Galaxy Properties.

4. Present-Day Star-Forming Galaxies

4.1 Stars, 4.2 The Interstellar Medium of Star-Forming Galaxies, 4.3 Mass Distribution, 4.4 Scaling Relations, 4.5 Starburst Galaxies, 4.6 The Milky Way (skip or just read p. 119).

5. Present-Day Early-Type Galaxies

5.1 Stars (skip eq. 5.1 and relative topic), 5.2 Diffuse Matter, 5.3 Mass Distribution, 5.4 Structural and Kinematic Scaling Relations.

6. The Environment of Present-Day Galaxies

6.1 Interacting Galaxies, 6.2 Groups of Galaxies, 6.3 The Local Group, 6.4 Clusters of Galaxies, 6.5 The Influence of the Environment on Galaxy Properties, 6.7 Baryon Budget.

7. Formation, Evolution and Properties of Dark Matter Halos

7.1 Observational Evidence for Dark Matter Halos, 7.2 Dark Matter and Structure Formation, 7.4.4 Hierarchical Merging of Cold Dark Matter Halos: Merger Trees and Merger Rates, 7.5 Structural and Kinematic Properties of Dark Matter Halos.

8. Main Ingredients of Galaxy Formation Theory

8.1 Thermal Properties of Astrophysical Gases, 8.2 Gas Accretion and Cooling in Dark Matter Halos, 8.3.9 The Initial Mass Function, 8.4 Gas Consumption and Evolution of the Interstellar Medium, 8.5 Chemical Evolution, 8.6 Theoretical Spectra of Evolving Galaxies, 8.7 Feedback from Stars (only the general/main topics), 8.8 Feedback from Active Galactic Nuclei (only the general/main topics), 8.9 Merging of Galaxies (only the general/main topics).

9. From Recombination to Reionisation

9.1 The Cosmological Recombination, 9.2 The Pregalactic Gas in the Dark Ages, 9.3 The Collapse of the Pregalactic Gas, 9.4 The Cooling of Primordial Gas, 9.5 Population III Stars, 9.6 From First Stars to First Galaxies, 9.7 The Formation of the First Massive Black Holes, 9.8 The Intergalactic Medium (only the general/main topics), 9.9 The Cosmological Reionisation (only the general/main topics), 9.10 Observing the Primeval Universe.

10. Theory of Galaxy Formation

10.1 Formation of Galaxy Components: Discs (only 10.1.4 and 10.1.7), 10.2 Formation of Galaxy Components: Bars and Pseudobulges, 10.3 Formation of Galaxy Components: Spheroids, 10.4 Formation of Galaxy Components: Stellar Halos, 10.5 Characteristic Scales in Galaxy Formation, 10.6 Quenching of Star Formation, 10.7 Assembly History of Present-Day Star-Forming Galaxies (no: “Cooling of the corona”, 10.7.5), 10.8 Assembly History of Present-Day Early-Type Galaxies, 10.11 Numerical Models of Galaxy Formation.

11. Observing Galaxy Evolution

11.1 The Main Observables of Galaxy Evolution, 11.2 The Difficult Observation of Distant Galaxies, 11.3 The Observation of Galaxy Evolution, 11.4 Summary.

Metodi didattici

Le lezioni sono frontali e sono svolte utilizzando sia le diapositive (come supporto visivo) sia la lavagna tradizionale per le dimostrazioni, gli esempi e gli esercizi. Inoltre vengono assegnati agli studenti alcuni articoli specialistici da leggere e da discutere successivamente in classe.

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Per la migliore preparazione agli esami, si invitano gli studenti a frequentare con regolarità il corso fino al suo termine. Nei casi di assenze o di studenti lavoratori, è possibile recuperare gli argomenti delle lezioni perse grazie alle diapositive rese disponibili settimanalmente in Virtuale. Gli esami sono orali, si svolgono alla lavagna (salvo necessità particolari) e hanno una durata di circa 30-40 minuti. Durante gli esami vengono posti 3-4 quesiti per verificare l'apprendimento e soprattutto la capacità dello studente di collegare tra loro in modo coerente i diversi argomenti del corso. La prova è riferita sia alla verifica delle conoscenze generali che all’abilità dello studente di svolgere le dimostrazioni fisiche e matematiche illustrate dal docente durante il corso. Il tutto nell’ottica di favorire e attivare un processo di autovalutazione consapevole dello studente. La prova comporta un voto finale espresso in trentesimi con la seguente gradazione: 18-20: preparazione molto limitata e ridotta capacità di analisi indipendente, 21-25: preparazione intermedia e moderata capacità di analisi indipendente, 26-29: preparazione ampia, ma non completa, capacità buona/molto buona di analisi indipendente, 30-30L: preparazione completa e capacità ottime/eccellenti di analisi indipendente. Si sottolinea che il voto può essere rifiutato al massimo due volte. Gli studenti si possono iscrivere agli appelli di esame attraverso la piattaforma Almaesami. Studenti con DSA o disabilità temporanee o permanenti: si raccomanda di contattare per tempo l’ufficio di Ateneo responsabile (https://site.unibo.it/studenti-con-disabilita-e-dsa/it ): sarà sua cura proporre agli interessati eventuali adattamenti, che dovranno comunque essere sottoposti, con un anticipo di 15 giorni, all’approvazione del docente, che ne valuterà l'opportunità anche in relazione agli obiettivi formativi dell'insegnamento.

Strumenti a supporto della didattica

Lavagna tradizionale. Proiettore per presentazioni da computer. Proiezione schermo del computer presente in aula per mostrare siti web, animazioni, immagini su particolari argomenti.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Andrea Cimatti