16927 - LABORATORIO DI ASTROFISICA

Scheda insegnamento

Anno Accademico 2017/2018

Conoscenze e abilità da conseguire

Al termine del corso, lo studente ha familiarità con la strumentazione di base in uso nell'astronomia da terra e dallo spazio, conosce i parametri che caratterizzano le prestazioni degli strumenti base per le misure in astronomia. In particolare, lo studente grazie all'attività di laboratorio prevista è in grado di utilizzare tecnologie moderne per l'acquisizione e l'analisi di dati astronomici ottenuti in diverse regioni dello spettro elettromagnetico (dal radio all'X). Fa esperienza di lavoro di gruppo ed è in grado di presentare e discutere i risultati di una misura di carattere astronomico attraverso brevi elaborati scritti.

Programma/Contenuti

Il corso si divide in due parti principali: lezioni frontali e analisi/interpretazione dati. La prima parte comprende lezioni introduttive sulla rivelazione di segnali astronomici e concetti generali (background, SNR, PSF), per poi focalizzarsi su argomenti specifici legati alle bande osservative (radio, ottica/vicino-IR, X-ray e Gamma) di interesse del corso, argomenti che sono propedeutici per la successiva analisi dati. 

Per quanto riguarda l'analisi dati e la loro interpretazione, sono previsti tre corsi di laboratorio, ciascuno dei quali si concentra su argomenti a lunghezze d'onda differenti: radio (bassa ed alta frequenza), ottico/vicino-IR e banda X/Gamma. Tutti gli studenti devono frequentare i tre corsi di laboratorio, ciascuno dei quali comprende lezioni, tutorials ed esercitazioni inerenti alla riduzione di dati, alla loro analisi e successiva interpretazione. Gli studenti sono divisi in gruppi, ciascuno dei quali lavora su un progetto scientifico specifico. 

Il corso di laboratorio ottico/vicino-IR e`tenuto principalmente all'Osservatorio di Loiano, dove gli studenti hanno la possibilità di utilizzare il telescopio da 1.5m e ridurre i dati in tempo reale.

I laboratori radio e di alta energia sono tenuti presso l'Istituto di Radioastronomia (IRA) e l'Istituto di Astrofisica Spaziale e Fisica Cosmica (IASF) di Bologna; nel caso dello IASF, gli studenti sono tenuti anche a fare un'esercitazione riguardante la calibrazione di uno strumento di alta energia presso i laboratori del IV piano sotto la supervisione di esperti del settore. 

In seguito si riporta una lista di argomenti generali e specifici trattati nel corso: 

  • Rivelazione del segnale astronomico. Trasmissione della radiazione elettromagnetica attraverso l'atmosfera.
  • Il background e sua trattazione nell'analisi dati.
  • Concetti di PSF, rapporto segnale-rumore.
  • Fotometria: sistemi fotometrici, calibrazioni, fotometria d'apertura e da PSF fitting.
  • Spettroscopia: spettri di varie classi di oggetti (stelle, galassie, AGN).
  • Cinematica: misura della velocità radiale e del redshift da spettri osservati. 
  • Proprieta' dei telescopi alle varie lunghezze d'onda.
  • Utilizzo di exposure time calculators.
  • Excursus sulle proprieta` dei principali telescopi moderni alle varie lunghezze d'onda, e prospettive per il futuro.
  • Analisi dati in banda ottica/vicino-IR.
  • Concetti di interferometria e analisi dati ALMA.
  • Analisi di dati interferometrici in banda radio e (sub)millimetrica. 
  • Analisi di dati di alta energia.
    • Funzionamento di un rivelatore di alta energia e relativa presa dati.
    • Proprieta` alle alte energie degli AGN: problematiche aperte e sviluppi futuri.

    Testi/Bibliografia

    Rivelatori per l'astrofisica delle alte energie e analisi di dati in banda X
    •  Glenn F. Knoll: "Radiation Detectors for X-Ray and Gamma-Ray Spectroscopy"
    • Keith Arnaud, Randall Smith, Aneta Siemiginowska: "Handbook of X-ray Astronomy"

    Astronomia osservativa e tecniche osservative

    •  Hale Bradt: "Astronomy Methods"
    • George H. Rieke: "Measuring the Universe. A Multiwavelength Perspective"
    • E.C. Sutton: ”Observational Astronomy. Techniques and Instrumentations"
    • Kitchin C. R.: "Telescopes and Techniques"

    Radioastronomia

    •  G.B. Taylor, C.L. Carilli, R.A. Perley: "Synthesis imaging in radio astronomy II" (ASP Conf. Ser., Vol. 180)
    • B.F. Burke: "An Introduction to radio astronomy"
    • T.L. Wilson, K. Rohlfs, S. Huettemeister: "Tools of Radio Astronomy"
    • A.R. Thompson, J.M. Moran, G.W. Swenson Jr.: "Interferometry and Synthesis in Radio Astronomy"

    Altro

    • Manuali e guide all'analisi dati
    • Letture/linee guida/ manuali/lezioni/tutorials/esercitazioni: http://labx.iasfbo.inaf.it/2016/

    Metodi didattici

    L'insegnamento comprende presentazioni powerpoint, tutorials e lezioni alla lavagna. 

    I corsi di laboratorio, obbligatori, sono tre (radio/(sub)-mm, ottico/vicino-IR, X-ray/Gamma-ray) e si basano su analisi dati e loro interpretazione. Gli studenti sono divisi in vari gruppi, ad ognuno dei quali viene assegnato un progetto specifico (quindi un set di dati specifico). Questi verranno analizzati con le tecniche più recenti, ampiamente descritte nei tutorials. La parte di discussione con i docenti ed esperti del settore sono un'essenziale componente dei questi lavoratori.  

    La struttura del corso e` pensata in modo tale da fornire agli studenti gli strumenti necessari per lavorare all'interno di un gruppo in modo efficiente, leggere e comprendere articoli scientifici e discutere i risultati attraverso relazioni scritte (previste per il corso di laboratorio radio/(sub)-mm) e presentazioni powerpoint (laboratori ottico/vicino-IR e X-ray). 

    Modalità di verifica dell'apprendimento

    L'esame e` strutturato come segue:

    • per quanto riguarda il corso di laboratorio radio/(sub)-mm, ciascun gruppo presenta una relazione scritta finale. I responsabili del corso forniranno commenti entro un paio di settimane; tali commenti andranno implementati nella versione rivista del report che sara` oggetto di ulteriore valutazione da parte dei docenti. Agli studenti verra` assegnata una valutazione nell'intervallo 0-10; 
    • per quanto riguarda i corsi di laboratorio in banda ottica/vicino-IR e X-ray/Gamma-ray, ciascun gruppo, alla fine della prova, dovrà presentare i risultati tramite powerpoint. Ad ogni studente verra` assegnata una parte della presentazione powerpoint (tramite scelta casuale). Anche in questo caso una valutazione nell'intervallo 0-10 verra` assegnata a ciascuno studente per ognuno dei due laboratori in questione. 

    I voti verranno decisi sulla base della qualità della presentazione e della capacita` dimostrata dai singoli studenti di lavorare intensamente e in modo appropriato sia per quanto riguarda la fase di analisi dati sia in quella successiva di interpretazione. 

    La somma di tutti i voti rappresenta il voto finale con cui gli studenti si presentano all'esame orale. Questo consiste in domande su strumentazione da terra e dallo spazio, parametri dei telescopi, tecniche di analisi dati e argomenti scientifici trattati nel corso delle lezioni. 

    Strumenti a supporto della didattica

    Presentazioni powerpoint e lavagna.

    Link ad altre eventuali informazioni

    http://labx.iasfbo.inaf.it/2016/

    Orario di ricevimento

    Consulta il sito web di Cristian Vignali

    Consulta il sito web di Alessio Mucciarelli

    Consulta il sito web di Myriam Gitti

    Consulta il sito web di Rosita Paladino

    Consulta il sito web di Paola Grandi

    Consulta il sito web di Emanuele Dalessandro