Unit COSMIC RAYS
- Course
- Physics
- Study-unit Code
- GP005486
- Location
- PERUGIA
- Curriculum
- Astrofisica e astroparticelle
- Teacher
- Emanuele Fiandrini
- Teachers
-
- Emanuele Fiandrini
- Hours
- 42 ore - Emanuele Fiandrini
- CFU
- 6
- Course Regulation
- Coorte 2021
- Offered
- 2022/23
- Learning activities
- Affine/integrativa
- Area
- Attività formative affini o integrative
- Academic discipline
- FIS/05
- Type of study-unit
- Opzionale (Optional)
- Type of learning activities
- Attività formativa monodisciplinare
- Language of instruction
- Italian
- Contents
- Structure of the galaxy, composition.
Cosmic rays: propagation equation for nuclei and light particles.
Enegy loss and radiative mechanisms.
Acceleration of the cosmic rays.
State of art of the cosmic ray physics. - Reference texts
- High energy astrophysics, Longair, Cambridge University press.
Astrofisica dele alte energie, Vietri, Bollati Boringhieri.
Radiative Processes in astrophysics, Rubicky Lightman, Wiley.
Particles and Astrophysics, Spurio, Springer.
Dispense delle lezioni. - Educational objectives
- Le principali conoscenze acquisite saranno: conoscenze di base per affrontare lo studio dei sistemi astrofisici, caratteristiche fondamentali della fisica dei raggi cosmici,
caratteristiche fondamentali delle tecniche sperimentali di rivelazione dei raggi cosmici.
Le principali abilita' saranno:
interpretare i risultati sperimentali piu' recenti, identificare le caratteristiche salienti dei processi responsabili della accelerazione e propagazione dei raggi cosmici. - Prerequisites
- General classical physics, electromagnetism, thermodynamics, special relativity, atomic and nuclear physics, particle detectors.
- Teaching methods
- Frontal lessons
- Other information
- emanuele.fiandrini@pg.infn.it
- Learning verification modality
- Oral exam with presentation of a small thesis on a argument of the course. Average duration 60 mon.
- Extended program
- Introduzione: generalita', spettro della radiazione elettromagn. (radio,...., gamma, radiazione da sorgenti puntiformi e diffusa), raggi cosmici: spettro, proprieta’e alcune problematiche (dark matter, dark energy, ultra high energy cosmic rays,...) dell'astrofisica.
Mezzo interstellare e galassia: generalita', composizione, campi magn., cenni di processi atomici (e.g. emissione 21 cm da HI e H molecolare).
Raggi cosmici: spettro, origine (SN, pulsar,...), equazione di diffusione e trasporto, soluzioni dell'equ. (e.g. leaky box et al.), composizione, connessione con l'emissione elettromagnetica da particelle sotto 10 GeV nello ISM.
Idrodinamica astrofisica.
idrodinamica non relativistica:equazioni del moto, fluidi ideali, formulazione conservativa dell’idrodinamica, discontinuita’ (onde di shock), relazioni di Rankine-Hugoniot, termodinamica degli shock, flussi stazionari.
Applicazioni: evoluzione SNR, jet astrofisici, modello di Blandford-Rees, stabilita’ e morfologia dei jet; venti stellari, shock di terminazione, sfera isoterma e cluster globulari.
Idrodinamica relativistica: tensore energia impulso, equazioni costitutive. Applicazioni: esplosione forte, modelli di gamma ray bursts (GRB).
Magnetoidrodinamica (non relativistica): cenni sui plasmi, equazioni costitutive, modello a due fluidi magnetizzati, gallegiamento magnetico, riconnessione, onde magneto-soniche, shock magnetoidrodinamici, relazioni di Taub.
Processi di perdita e di emissione elm: ionizzazione. Bremsstrahlung non relat. e relativistica, cenni di trattazione QED, applicazione ad una distribuzione maxwelliana non relativistica di elettroni e ad una distribuzione relat. con una legge di potenza.
Equazione di trasporto dell'energia (emissivita' e assorbimento) e applicazione alla bremss di bassa frequenza.
Scattering Thomson, Compton, Compton inverso, calcolo dettagliato dello spettro di frequenza di una popolazione di elettroni relativistici con legge di potenza, comptonizzazione, cenni sull'equ. di kompaneets.
Radiazione di sincrotrone: emissione, spettro da una popolazione di elettroni, distribuzione angolare e di frequenza, applicazioni astrofisiche (connessioni con lo spettro di particelle che emettono e campi magn. nell' ISM.
Processi nucleari: produzione di gamma e spallazione.
Decelerazione adiabatica (e.g. vento solare)
Creazione di coppie, fotoionizzazione (cenni)
Processi di accelerazione (5 ore): onde di shock, meccanismi di Fermi, accelerazione diffusiva da onde di Alfven, casi astrofisici: SN remnants, pulsars.
Eliosfera e magnetosfera (7 ore): struttura, proprieta', particelle.
Rivelatori (12 ore): per High Eenergy Particles, per X- e gamma- ray.
telescopi per X, gamma, neutrini e CR (case studies: AMS02 e GLAST)
rivelatori e telescopi per astronomia X, ottica, IR, Radio.