Fakulteta za podiplomski študij

Astrofizika osnovnih delcev

Predmet se izvaja v programu:
Podiplomski študijski program Fizika (tretja stopnja)

Cilji in kompetence

Astrofizika osnovnih delcev je sodobno področje znanosti, ki združuje tri ustaljena področja: fiziko osnovnih delcev, astrofiziko in kozmologijo. Njegov hiter razvoj je predvsem posledica razcveta eksperimentov, povezanih z meritvami lastnosti in izvorov visoko energijskih delcev in gama žarkov (s površja Zemlje, s satelitov ter v trkalnikih osnovnih delcev). Ker so meritve pogosto zasnovane kot testi za določenih fizikalnih pojavov, ki povezujejo več tradicionalnih področij, jih je najbolje opazovati znotraj poenotenega okvira: astrofizike osnovnih delcev.

Cilj predmeta Astrofizika osnovnih delcev je posredovati študentom pregled ustreznih tem s poudarkom na do sedaj še nerešenih vprašanjih tega hitro razvijajočega področja. V dopolnjevanju s predmetom Sodobna astrofizika bo poudarek na doprinosu, ki ga eksperimenti v astrofiziki osnovnih delcev imajo na razumevanje procesov v naravi. V dopolnjevanju s predmetom Kozmologija, ki je osredotočen na čas zgodnjega vesolja, bo predmet zajemal izbrane teme kozmologije nizkih rdečih premikov, relevantnih za astrofiziko medzvezdne snovi.

Študenti bodo pridobili praktične izkušnje z uporabo ene izmed najpogosteje uporabljenih numeričnih kod za simulacijo širjenja kozmičnih žarkov in anihilacije temne snovi v naši galaksiji: GALPROP. Primerjali bodo rezultate simulacij s rezultati trenutnih opazovanj, ter se naučili omejevanja teoretičnih modelov.

Kot del zaključnega izpita bodo pripravili kratko predstavitev na izbrano temo s ciljem razvijanja kritičnega razmišljanja in razumevanja najnovejših znanstvenih izsledkov.

Pogoji za vključitev v delo oz.
za opravljanje študijskih obveznosti

/

Vsebina

  • Pospeševanje delcev v astrofizikalnih izvorih:

    - elektrodinamika kompaktnih objektov (pulzarji)

    - pospeševanje v udarnih valovih (ostanki supernov, meglice okoli pulzarjev),

    - akrecija, pospeševanje in kolimacija relativističnih curkov (aktivna galaktična jedra, izbruhi sevanja gama)

  • Opazovanje visoko-energijskih glasnikov: nabiti kozmični delci, fotoni, nevtrini, gravitacijsko sevanje in nastajajoča slika lastnosti njihovih izvorov
  • Astrofizika visokih energij v naši Galaksiji: medzvezdna snov, difuzija, izguba energije in sekundarna emisija
  • Izvengalaktična astrofizika: kozmični nevtrini in kozmološki signal v gama svetlobi

  • Problem temne snovi: njena porazdelitev in potencialni astrofizikalni signali
  • Kozmološki vidiki astrofizike visokih energij: medgalaktična snov, reionizacija in goščava Lyman-alfa. Pomen za prihodnja opazovanja (EUCLID, SKA).

Predvideni študijski rezultati

  • Študenti bodo pridobili osnovno znanje s področja astrofizike osnovnih delcev in bodo sposobni jasno opredeliti glavne teme v središču sodobnih raziskav. Prav tako bodo dobili vpogled v izboljšave, ki jih pričakujemo iz podatkov bodočih teleskopov.
  • Študenti bodo dobili praktično znanje s standardnim numeričnim orodjem v astrofiziki visokih energij in s primerjavo tako ustvarjenih modelov s trenutnimi eksperimentalnimi podatki.
  • Ob koncu predmeta bi študenti morali pridobiti dovolj izkušenj na področju astrofizike, da bodo lahko samostojno raziskali sodobno strokovno literaturo in pripravili kratek seminar na izbrano temo.

Temeljna literatura in viri

  • Malcolm Longair, High Energy Astrophysics, Cambridge University Press, 2011.
  • Berezinskii, Bulanov, Dogiel, Ginzburg and Ptuskin, Astrophysics of Cosmic rays, North Holland, 1990.
  • Alessandro de Angelis and Mario Pimenta, Introduction to particle and astroparticle physics (to be published)

Načini ocenjevanja

Študenti bodo ocenjeni na podlagi: I) domačih nalog, ii) dokončanja praktičnih vaj, ki temeljijo na programski opremi GALPROP in iii) končne predstavitve na izbrano sodobno raziskovalno temo v obliki seminarja. 30/30/40

Reference nosilca

Doc. dr. Gabrijela Zaharijas je raziskovalka na področju astrofizike visokih energij, ki dela tako kot teoretik, kot tudi v dveh velikih eksperimentalnih kolaboracijah: Fermi LAT (satelit NASA/ESA, ki je v sedmem letu delovanja in opazuje sevanje gama) in CTA (mednarodni eksperimentalni konzorcij, ki načrtuje izgradnjo detektorskega sistema telskopov za sevanje gama velikosti enega kvadratnega kilometra). Pred pridružitvijo k raziskovalni skupini laboratorija za astrofiziko osnovnih delcev na Univerzi v Novi Gorici je dr. Zaharijas delala na institutih v ZDA (New York University in Argonne National Lab, Chicago) in Evropi (Stockholm University, Centre for Atomic Energy in Paris and International Centre of Theoretical Physics in Trieste).

Izbrane objave:

1. Ajello et al. (with G. Zaharijas), “The Origin of the Extragalactic Gamma-Ray Background and Implications for Dark-Matter Annihilation”, Astrophysical Journal Letters, 27, 800 (2015).

2. Petrovic et al. (with G. Zaharijas), “Millisecond pulsars and the Galactic Center gamma-ray excess: the importance of luminosity function and secondary emission”, JCAP 1502 (2015) 02, 023.

3. Fermi-LAT collaboration (with G. Zaharijas), “The Spectrum and Morphology of the Fermi Bubbles”, Astrophysical Journal (2014).

4. Petrovic et al. (with G. Zaharijas), “Galactic Center gamma-ray “excess” from an active past of the Galactic Centre? “, JCAP 1410 (2014) 10, 052.

5. Cirelli et al. (with G. Zaharijas), “Bremsstrahlung gamma rays from light Dark Matter”, JCAP 1311 (2013) 035.

Univerzitetna koda predmeta: 3FIi28

Letnik: 1

Predavatelj:

ECTS: 12

Obseg:

  • Predavanja: 40 ur
  • Vaje: 20 ur
  • Samostojno delo: 300 ur

Jeziki: angleščina, slovenščina

Metode poučevanja in učenja:
• predavanja in nekaj domačih nalog; • praktične vaje z najsodobnejšo programsko opremo (galprop) in enostavna analiza trenutnih podatkov; • neodvisno branje sodobne raziskovalne literature pod mentorstvom predavatelja in predstavitev rezultatov drugim študentom v odprti razpravi; • journal club – razprava o objavljenih znanstvenih člankih iz izbranih tem astrofizike visokih energij.