Insegnamento ASTROFISICA NUCLEARE

Corso
Fisica
Codice insegnamento
A001724
Sede
PERUGIA
Curriculum
Astrofisica e astroparticelle
Docente
Maurizio Maria Busso
Docenti
  • Maurizio Maria Busso
Ore
  • 42 ore - Maurizio Maria Busso
CFU
6
Regolamento
Coorte 2023
Erogato
2023/24
Attività
Affine/integrativa
Ambito
Attività formative affini o integrative
Settore
FIS/05
Tipo insegnamento
Opzionale (Optional)
Tipo attività
Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento
ITALIANO
Contenuti
Fisica delle Stelle, dei processi nucleari che, in esse, modificano gradualmente la composizione della materia generando energia, e dei processi di restituzione dei materiali modificati dalla nucleosintesi, mediante esplosioni di supernova o venti stellari.
Testi di riferimento
STELLAR EVOLUTION AND NUCLEOSYNTHESIS, S.G. RYAN E A.J. NORTON (Cambridge Univ. Press).
EVOLUZIONE STELLARE, V. CASTELLANI (Sistina edizioni, Roma)
Obiettivi formativi
Conoscenza approfondita della moderna astrofisica nucleare.
Prerequisiti
Buona conoscenza della fisica classica e delle parti di fisica moderna insegnate al corso di laurea triennale in fisica. Ottimo controllo degli strumenti matematico del calcolo differenziale ed integrale.
Metodi didattici
Lezioni frontali
Altre informazioni
La frequenza alle lezioni e alle esercitazioni in aula non è obbligatoria, ma consigliata
Modalità di verifica dell'apprendimento
esame orale
Programma esteso
1. Elementi propedeutici all'Astrofisica Nucleare. Le osservazioni stellari e la misura delle distanze. Parallassi trigonometriche, spettroscopiche, statistiche. Stelle variabili e calibratori di distanza: le cefeidi. Distanze da esplosioni stellari: prima introduzione alle supernovae. Classificazioni stellari mono- e bi-parametriche. Diagramma di H-R. Diagrammi colore-colore. Calibrazioni della temperatura e temperatura efficace. Modelli di atmosfera stellare. Opacità e processi atomici e molecolari nelle atmosfere. Cenni sul trasporto radiativo. Attività stellare e campi magnetici. Cicli solari e vento solare. Spettroscopia e misura di abbondanze di elementi chimici. Popolazioni stellari. Ammassi stellari.
2. Fisica delle Stelle [e richiami di fisica generale]. Probabilità degli stati di un sistema di particelle. Equazioni di Saha e di Boltzmann. Statistiche di Maxwell, Bose-Einstein e Fermi-Dirac. Materia ad alta densità: la degenerazione elettronica. Richiami di termodinamica con applicazioni alla materia stellare. Teorema del viriale. Equazioni dell’equilibrio di una struttura stellare. Soluzioni politropiche. L’importanza della radiazione: equilibrio radiativi e pressione di radiazione. Equazioni di stato per materia degenere. Equilibrio di strutture degeneri e massa di Chandrasekhar. Interazioni elettro-debole e forte: le forze nucleari agenti nelle stelle. Energia di legame e distribuzione degli elementi. Abbondanze chimiche nel sistema solare e in altri ambienti galattici. Abbondanze in oggetti ad alto redshift.
3. Reazioni nucleari nelle stelle e loro probabilità. Sezioni d’urto e tassi di reazione. Vari tipi di reazione in condizioni stellari: il picco di Gamow. Reazioni di bruciamento dell’idrogeno nel Sole. Esperimenti per la misura delle sezioni d’urto in condizioni solari: l’esperimento LUNA. Problemi legati alle interazioni deboli e la vita media del neutrone. Neutrini solari ed esperimenti ad essi legati. Cenni sulle oscillazioni neutriniche. Combustione dell’idrogeno in fasi avanzate. Produzione dell’26Al. Misura dell’26Al. Radioattività fossili e problemi di datazione. Bruciamento dell’He e innesco di reazioni nucleari in condizioni degeneri (He-flash). Reazioni tra ioni ad alta carica (Z > 2) in stelle massicce. Evoluzione e generazione di energia nelle stelle in fasi idrostatiche. Processi di cattura neutronica e loro classificazione (r-process e s-process). Nucleosintesi da catture neutroniche in stelle di diversa massa. Esperimenti per la misura di sezioni d’urto di cattura neutronica.
4. Nucleosintesi esplosiva e nucleosintesi non-stellare (8 ore)
Richiami sui modelli cosmologici standard. Nucleosintesi cosmologica. Le abbondanze degli elementi leggeri e la loro evoluzione. Il contributo (positivo e negativo) delle stelle e il meccanismo di Cameron-Fowler. Raggi cosmici. Il modello “leaky-box”. Raggi cosmici galattici e non: il vento solare e il suo contributo. Reazioni di spallazione nei raggi cosmici e il problema delle anomalie di Ne e Xe. Componenti di Ne e Xe anomali: distinzione tra contributi di spallazione e stellare. Nucleosintesi esplosiva in supernovae. Nucleosintesi nelle stelle novae e loro interpretazione fisica.
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