PRESENTAZIONE

L'insegnamento si concentra sulla derivazione fenomenologica del Modello Cosmologico Standard, utilizzando osservazioni critiche e concetti di fisica classica e moderna. L'obiettivo è fornire agli studenti una base solida per comprendere l'universo su larga scala e per intraprendere una carriera nelle discipline legate alla fisica dello spazio. Il corso fornisce anche una conoscenza generale dei fenomeni cosmologici e dei metodi utilizzati, adatto anche a studenti interessati ad altri settori della fisica.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

"L'insegnamento si propone di discutere le principali osservazioni che hanno portato alla formulazione del Modello Cosmologico Standard sottolineandone gli aspetti critici ed il loro impatto sulla fisica delle particelle elementari e sulle teorie di gravita'."

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Durante il corso, gli studenti svilupperanno conoscenze riguardanti le osservazioni astronomiche più rilevanti per la cosmologia. Queste includono la luminosità superficiale del cielo notturno, la velocità di recessione delle galassie, il fondo cosmico a microonde e le sue anisotropie, il fondo gamma, gli spettri ottici dei quasar distanti, la radiazione a 21 cm, l'emissione in banda X dai gruppi di galassie, le supernovae di tipo Ia, la distribuzione spaziale delle galassie nell'universo, le loro velocità peculiari e le varie manifestazioni dell'effetto di lente gravitazionale.

Parallelamente, gli studenti acquisiranno i concetti necessari che, combinati in un quadro coerente, permetteranno di elaborare il Modello Cosmologico Standard. Ciò include le equazioni di Friedmann, le equazioni di stato dei fluidi, l'energia e la curvatura, il redshift cosmologico, i modelli dell'universo, la teoria del Big Bang, la materia oscura, la costante cosmologica, la storia termica, l'equivalenza, il disaccoppiamento, la ricombinazione, la reionizzazione, la nucleosintesi cosmologica, l'inflazione cosmica, l'instabilità gravitazionale, gli strumenti di analisi statistica della struttura a grande scala e il bias delle galassie.

Alla fine del corso, i concetti elaborati verranno utilizzati per discutere una pubblicazione recente su uno dei temi di ricerca di punta in cosmologia.

PREREQUISITI

Non sono necessari pre-requisiti per questo insegnamento.. Si consiglia tuttavia di aver seguito il corso di "Introduzione all'Astrofisica e all Cosmologia" durante il corso di Laurea Triennale.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni frontali con utilizzo di slide e materiale fornito tramite AulaWeb.

PROGRAMMA/CONTENUTO

• Paradosso di Olbers e geometria dello spazio-tempo.
• Legge di Hubble e omogeneità dell'universo. Fondo cosmico di microonde e isotropia.
• Principio cosmologico e metrica di Friedmann-Robertson-Walker.
• Redshift cosmologico e soluzione del paradosso di Olbers.
• Equazioni di Friedmann, equazione dei fluidi e epoche di equivalenza.
• Modelli cosmologici: piatti, curvi e il concetto del Big Bang.
• Costante cosmologica e materia oscura.
• Paradossi e inflazione cosmologica.
• Nucleosintesi primordiale e ricombinazione.
• Instabilità gravitazionale e teoria perturbativa.
• Evoluzione delle strutture cosmiche.
• Statistica del campo di densità di materia nell'universo e spettro di potenza.
• Anisotropie del fondo cosmico.
• Distribuzione spaziale delle galassie.
• Lenti gravitazionali: micro-lensing, strong-lensing e weak lensing.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

• P. Coles, F. Lucchin. Cosmology. Wiley.S. Carroll. Spacetime and Geometry. Cambridge University Press.
• M. Longair. Galaxy Evolution. Springer.
• Liddle. An Introduction to cosmological inflation:https://arxiv.org/pdf/astro-ph/9901124.pdf
• E. Kolb, M. Turner. The Early Universe. CRC Press.
• M. Tegmark. “Doppler peaks and all that….”  https://arxiv.org/pdf/astro-ph/9511148.pdf
• M. Roos. Dark Matter: The evidence from astronomy,
  astrophysics and cosmology. https://arxiv.org/pdf/1001.0316.pdf
• R. Narayan, M. Bartelmann. Lectures on Gravitational Lensing. https://arxiv.org/pdf/astro-ph/9606001.pdf

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

ENZO FRANCO BRANCHINI (Presidente)

MARCO RAVERI

SILVANO TOSI (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

Settembre 2024

Orari delle lezioni

L'orario di tutti gli insegnamenti è consultabile all'indirizzo EasyAcademy.

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Esame orale standard alla lavagna, con due domande a scelta dello studente.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L'esame consiste in una prova orale che include domande da parte della commissione su due argomenti a scelta degli studenti.

In media per ogni studente l'esame dura circa 40 minuti. Le domande sono volte ad accertare il grado di conoscenza e padronanza degli argomenti sviluppati dagli studenti, oltre che la chiarezza espositiva e la proprietà del linguaggio della disciplina, in modo da elaborare la valutazione finale.