Università degli studi dell'Insubria

INTRODUCTION TO COSMOLOGY

A.A. di erogazione 2018/2019
Insegnamento opzionale

Laurea Magistrale in FISICA
 (A.A. 2018/2019)
Anno di corso: 
1
Tipologia di insegnamento: 
Caratterizzante
Settore disciplinare: 
ASTRONOMIA E ASTROFISICA (FIS/05)
Lingua: 
Inglese
Crediti: 
6
Ciclo: 
Secondo Semestre
Ore di attivita' frontale: 
48
Dettaglio ore: 
Lezione (48 ore)

Il corso si propone di fornire le basi della cosmologia moderna ad un livello introduttivo. Dopo il completamento del corso, gli studenti saranno in grado di rafforzare la loro conoscenza con corsi più avanzati e letteratura scientifica. Particolare risalto verrà dato allo sviluppo delle capacità critiche che porteranno non studente ad essere in grado, autonomamente, di approfondire quegli aspetti del corso che sono stati di particolare interesse per lo studente stesso.

Prerequisiti: 

Il corso non richiede conoscenze pregresse in astronomia e astrofisica, né in relatività generale. Tuttavia, la preventiva frequenza del corso di Astrofisica I è raccomandata. Lo studente deve possedere le basi, a livello di laurea, in meccanica, teoria newtoniana di gravitazione, termodinamca, meccanica statistica, fisica atomica, fisica delle particelle elementari, fenomeni radiativi.

1 OSSERVAZIONI FONDAMENTALI
       1.1 L'oscurità del cielo notturno
       1.2 Isotropia e omogeneità
       1.3 Legge Hubble
       1.4 Tipi di particelle
       1.5 Fondo cosmico di microonde

2 LA TEORIA DI EINSTEIN DELLA GRAVITAZIONE
       2.1 Principio di equivalenza
       2.2 Curvatura dello spazio-tempo
       2.3 Metrica di Robertson-Walker
       2.4 Distanze adeguate e quantitativi
       2.5 Introduzione alla formulazione teorica della relatività generale

3 DINAMICA COSMICA
       3.1 L'equazione di Friedmann
       3.2 L'equazione di accelerazione e l'equazione dei fluidi
       3.3 Equazioni di stato nella cosmologia
       3.4 La costante cosmologica Λ

4 SOLUZIONI DELL'EQUAZIONE DI FRIEDMANN
       4.1 Evoluzione della densità di energia
       4.2 Universi di pura curvatura
       4.3 Universi piatti a singola componente
       4.4 Universi dominati dalla materia
       4.5 Universi dominati dalla radiazione
       4.6 Universi dominati da Λ
       4.7 Universi con materia + curvatura
       4.8 Universi con materia + Λ
       4.9 Universi con materia + curvatura + Λ
       4.10 Universi con radiazione + materia
       4.11 Il "modello di concordanza"

5 MISURAZIONE DEI PARAMETRI COSMOLOGICI
       5.1 La "ricerca di due numeri"
       5.2 La distanza di luminosità
       5.3 La distanza angolare
       5.4 Candele standard e costante di Hubble
       5.5 Candele standard e l'espansione accelerata dell'Universo

6 MATERIA OSCURA
       6.1 Materia visibile
       6.2 Materia oscura nelle galassie
       6.3 Materia oscura negli ammassi di galassie
       6.4 Lensing gravitazionale
       6.5 Ipotesi circa la natura della materia oscura

7 IL FONDO COSMICO DI MICROONDE
       7.1 Osservazioni della CMB
       7.2 Ricombinazione e disaccoppiamento
       7.3 La fisica della ricombinazione
       7.4 Fluttuazioni di temperatura
       7.5 Teoria cinetica delle fluttuazioni
       7.6 Origine delle fluttuazioni e determinazione dei parametri cosmologici

8 L'UNIVERSO PRIMORDIALE
       8.1 Rotture spontanee di simmetria
       8.2 L'era delle transizioni di fase
       8.3 L'era degli adroni
       8.4 L'era dei leptoni: il fondo cosmico di neutrini
       8.5 Nucleosintesi primordiale
               8.5.1 Deuterio
               8.5.2 Elio
               8.5.3 Metalli primordiali
               8.6 L'asimmetria barioni-antibarioni

9 INFLAZIONE
       9.1 Il problema della piattezza
       9.2 Il problema dell'orizzonte
       9.3 Il problema dei monopoli magnetici
       9.4 La soluzione inflazionaria
       9.5 L'Universo inflazionario

10 LA FORMAZIONE DELLA STRUTTURA SU GRANDE SCALA
       10.1 Instabilità gravitazionale
       10.2 La teoria di Jeans
       10.3 Instabilità in un Universo in espansione
       10.4 Instabilità di materia non-collisionale
               10.4.1 Free-streaming
               10.4.2 Rilassamento violento
       10.5 Crescita delle fluttuazioni barioniche
               10.5.1 Il tempo della termalizzazione
               10.5.2 Raffreddamento molecolare ed atomico
       10.6 Lo spettro di potenza delle fluttuazioni di materia oscura
       10.7 La materia oscura fredda, la materia oscura calda e il clustering gerarchico

Lezioni con esercizi svolti in classe. A seconda degli eventi del calendario, gli studenti sono invitati a partecipare a seminari e conferenze locali su temi pertinenti al corso.

Modalita' di verifica dell'apprendimento: 

Esame orale con breve relazione monotematica su uno o più articoli scientifici avanzati, riguardanti un argomento del corso preventivamente concordato con lo studente.

Il corso è basato sul testo "Introduction to Cosmology” di B. Ryden, e su note e altri materiale fornito dal docente.

Ricevimento previo contatto via e-mail (haardt@uninsubria.it)

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A.A. 2019/2020

Anno di corso: 1
Curriculum: ASTROFISICA