Astrofizyka i kosmologia 390-FS2-1ASK

Profil studiów: ogólnoakademicki
Forma studiów: stacjonarne
Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy (Moduł 3: Fizyka Teoretyczna)
Dziedzina i dyscyplina nauki: Dziedzina nauk ścisłych i przyrodnicznych, Dyscyplina: Nauki fizyczne, Astronomia
Rok studiów/semestr: 1 rok/2 semestr, ścieżka kształcenia Fizyka teoretyczna II stopnia
Wymagania wstępne:Przed rozpoczęciem zajęć student powinien posiadać wiedzę z zakresu astronomii (znać podstawowe pojęcia i zjawiska astronomiczne). Student także powinien potrafić przekształcać wzory matematyczne, różniczkować i całkować.
Liczba godzin zajęć dydaktycznych: Wykład 30 godz, konwersatorium 30 godz.
Metody dydaktyczne: wykład, rozwiązywanie zadań, dyskusja, konsultacje, praca własna studenta w domu
Punkty ECTS: 6
Bilans nakładu pracy studenta: udział w wykładach (30 godz.), udział w konwersatorium (30 godz.), udział w konsultacjach (15 godz.), praca własna (rozwiązywanie zadań, problemów) w domu (30 godz.), przygotowanie do egzaminu pisemnego i ustnego (45 godz.).
Wskaźniki ilościowe: nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającym bezpośredniego udziału nauczyciela - 75 godz., 3 ECTS; nakład pracy studenta związany z zajęciami o charakterze praktycznym - 0 ECTS.

Tematy podejmowane na Wykładzie:
I. Budowa wnętrza gwiazdy, ewolucja gwiazd:
1. Twierdzenie o wiriale. Dlaczego gwiazda ma ujemne ciepło właściwe? Energia potencjalna gwiazdy. Skale czasowe.
2. Równania budowy gwiazd wtym warunek równowagi hydrostatycznej gwiazdy.
3. Reakcje jądrowe we wnętrzach gwiazd: bariera kulombowska, cykle p-p oraz CNO, reakcja 3 alpha
4. Transport energii w gwieździe: konwekcja, transport promienisty.
5. Powstawanie gwiazd: Masa Jeansa.
6. Podwójne układy półrozdzielone: punkty Lagrange'a, akrecja, jasność Eddingtona, paradoks Algola.

II) Astrofizyka relatywistyczna
1. Równanie stanu materii zdegenerowanej. Zakaz Pauliego.
2. Białe karły: podstawowe parametry, masa Chandrasekhara.
3. Gwiazdy neutronowe i pulsary: podstawowe parametry, budowa wewnętrzna, model latarni morskiej.
4. Czarne dziury: horyzont zdarzeń, efekty wokół czarnej dziury, promieniowanie Hawkinga.
5. Fale grawitacyjne: czym są i jakie mają własności? Detektory fal grawitacyjnych. Podwójny pulsar Hulse'a i Taylora, źródło GW150914, GW170817.

III) Kosmologia
1. Grupa Lokalna i supergromady.
2. Paradoks Olbersa, prawo Hubble'a-Lemaître’a.
3. Równanie Friedmanna, ciągłości, akceleracji, krzywizna czasoprzestrzeni. parametr gęstości.
4. Proste modele kosmologiczne, ewolucja Wszechświata.
5. Metryka Friedmana-Lemaître’a-Robertsona-Walkera,
6. Teoria Wielkiego Wybuchu.

Tematy podejmowane na Konwersatorium:
I. Budowa wnętrza gwiazdy, ewolucja gwiazd
1. Zadania dotyczące szacowania wydajności różnych źródeł energii w gwieździe: chemicznych, grawitacyjnych i jądrowych. Oszacowanie skal czasowych: Kelvina-Helmholtza, dynamicznej, nuklearnej. Wykorzystanie twierdzenia o wiriale, oszacowanie energii potencjalnej gwiazdy;
2. Wyprowadzenie warunku równowagi hydrostatycznej gwiazdy;
3. Zadania dotyczące reakcji jądrowych we wnętrzach gwiazd: bariera kulombowska, cykle p-p oraz CNO;
4. Zadania ilustrujące transport energii w gwieździe (w drodze konwekcji i transport promienisty);
5. Oszacowanie masy Jeansa dla typowego obłoku molekularnego;

II) Astrofizyka relatywistyczna
1. Oszacowanie podstawowych parametrów białego karła, nierelatywistyczne i relatywistyczne r-nie stanu;
2. Zadania dotyczące jasności eddingtonowskiej;
3. Zadania ilustrujące własności gwiazd neutronowych i czarnych dziur;
4. Obliczanie, za pomocą formuły kwadrupolowej, mocy promieniowania grawitacyjnego najprostszych źródeł;

III) Kosmologia
1. Równanie Friedmanna, ciągłości, akceleracji, krzywizna czasoprzestrzeni. parametr gęstości;
2. Epoka Plancka;
3. Zadania związane z modelami Friedmana-Lemaitre'a;
4. Ciemna materia i ciemna energia, model LambdaCDM.