FYBPV0005 Astrofyzikální procesy

Fyzikální ústav v Opavě
léto 2022
Rozsah
2/1/0. 4 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
RNDr. Jan Hladík, Ph.D. (přednášející)
RNDr. Jan Hladík, Ph.D. (cvičící)
Garance
RNDr. Jan Hladík, Ph.D.
Fyzikální ústav v Opavě
Předpoklady
(FAKULTA(FU) && TYP_STUDIA(B))
Předpokládá se aktivní účast studenta na cvičeních, schopnost samostatného řešení domácích úkolů a práce s literaturou.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je nabízen i studentům mimo mateřské obory.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Cílem je seznámit studenta s rozličnými astrofyzikálními procesy ve hvězdách, mezihvězdném plynu, akrečních discích, jádrech galaxií apod., mající své popisné vysvětlení v teorii elektromagnetického záření, hydromechanice, magneto-hydrodynamice či v plazmové fyzice.
Výstupy z učení
Náplní přednášek a doprovodných cvičení jsou fyzikální procesy s účastí elektromagnetického záření, hydromechaniky, magneto-hydrodynamiky a plazmové fyziky, které mají přímou souvislost s astrofyzikálními procesy ve hvězdách, mezihvězdném plynu, akrečních discích, jádrech galaxií, apod.
Student nabude potřebných znalostí z uvedených oblastí, včetně schopnosti jejich aplikace za různých situací.
Osnova
  • Zářivé procesy (  6 týdnů)
    Teorie radiačního přenosu. Tepelné záření. Einsteinovy koeficienty. Rozptyl a difúze – Rosselandova aproximace. Základy teorie zářivých polí – spektrum. Záření pohybujících se nábojů. Thomsonův rozptyl. Brzdné záření. Synchrotronové záření. Comptonův rozptyl. Jevy v plazmatu – index lomu, Faradayova rotace, Čerenkovovo záření, Razinův-Tsytovičův jev. Atomová struktura. Vznik spektrálních čar – výběrová pravidla, zdroje jemné struktury čar, jednoelektronová a dvouelektronová spektra, Augerův jev, rotační a vibrační přechody. Mechanizmy rozšíření spektrálních čar. Spektroskopie.
  • Hydrodynamické procesy (  2 týdny)
    Rovnice zachování hmotnosti, hybnosti, energie. Bernoulliho teorém. Rovnice hydrodynamiky v konzervativní formě. Viskózní kapaliny. Malé perturbace. Nespojitá prostředí (povrchová nespojitost, rázové vlny a jejich fyzikální interpretace). Soběpodobná řešení. Relativistická hydrodynamika. De Lavalova tryska.
  • Magnetohydrodynamika a magnetická pole v astrofyzice (  4 týdny)
    Rovnice pohybu, ideální magnetohydrodynamika, rovnice pohybu v konzervativní formě. Síla vyvolaná magnetickým polem. Zamrzání magnetického toku. Malé perturbace v homogenním prostředí. Stabilita tangenciálních nespojitostí. Magnetický vztlak – Parkerova nestabilita. Rekonexe. Rázové vlny v MHD. Magnetická pole v astrofyzice – jejich původ a metody měření.
Literatura
    povinná literatura
  • BARTELMANN M. Theoretical Astrophysics - An Introduction. Wiley-VCH, Weinheim, 2013. ISBN 978-3-527-41004-0.
  • VIETRI M. Foundations of High-Energy Astrophysics. The University of Chicago Press, Chicago, 2008. ISBN 978-0-226-85569-1.
    doporučená literatura
  • KULHÁNEK P. Teorie plazmatu. AGA, Praha, 2011. ISBN 978-80-904582-2-2.
  • MACIEL W. J. Hydrodynamics and Stellar Winds. Springer, Cham, 2014. ISBN 978-3-319-04327-2.
  • CLARKE C., CARSWELL B. Principles of Astrophysical Fluid Dynamics. Cambridge University Press, New York, 2007. ISBN 978-0-521-85331-6.
  • BEISER A. Úvod do moderní fyziky. Academia, Praha, 1997.
  • PRADHAN A. K., NAHAR S. N. Atomic Astrophysics and Spectroscopy. Cambridge University Press, Cambridge, 2011. ISBN 978-0-521-82536-8.
  • PADMANABHAN T. Theoretical Astrophysics, vol. 1 - Astrophysical Processes. Cambridge University Press, Cambridge, 2000. ISBN 0-521-56632-0.
  • SHU F. H. The Physics of Astrophysics, vol. 2 - Gas Dynamics. University Science Books, Mill Valley, 1992. ISBN 0-935702-65-2.
  • RYBICKI G. B., LIGHTMAN A. P. Radiative Processes in Astrophysics. Wiley-VCH, Weinheim, 2004. ISBN 978-0-471-82759-7.
  • IRWIN J. A. Astrophysics - Decoding the Cosmos. John Wiley & Sons, Chichester, 2007. ISBN 978-0-470-01305-2.
  • GHISELLINI G. Radiative Processes in High Energy Astrophysics. Springer, Heidelberg, 2013. ISBN 978-3-319-00611-6.
  • SHU F. H. The Physics of Astrophysics, vol. 1 - Radiation. University Science Books, Mill Valley, 1991. ISBN 0-935702-64-4.
  • PADMANABHAN T. An Invitation to Astrophysics. World Science Publishing, Singapore, 2006. ISBN 981-256-638-4.
    neurčeno
  • TENNYSON J. Spectroscopy - An Introduction to the Atomic and Molecular Physics of Astronomical Spectra. Imperial College Press, London, 2005. ISBN 1-86094-513-9.
Výukové metody
přednáška; diskuze; řízená cvičení; samostatná příprava - čtení textů; domácí úkoly
Metody hodnocení
Ověření dosažených studijních výsledků proběhne písemnou formou s následující ústní rozpravou nad daným tématem.
Informace učitele
Podrobné informace budou sděleny studentům na první přednášce.
Další komentáře
Studijní materiály
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích léto 2021, léto 2023, léto 2024.