OAVENP0001 Astrofyzika vysokých energií I

Fyzikální ústav v Opavě
zima 2023
Rozsah
30 hodin přednášek. 5 kr. Ukončení: zk.
Vyučující
prof. Luigi Stella (přednášející)
doc. RNDr. Gabriel Török, Ph.D. (přednášející)
Garance
doc. RNDr. Gabriel Török, Ph.D.
Fyzikální ústav v Opavě
Rozvrh
St 16:25–18:50 404
Předpoklady
(FAKULTA(FU) && TYP_STUDIA(N))
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je určen pouze studentům mateřských oborů.
Mateřské obory/plány
Cíle předmětu
Kurz má spolu s navazující přednáškou přednášku Astrofyzika vysokých energií II studentům poskytnout nezbytné primární kompendium informací a znalostí o astrofyzice vysokých energií jako specifické vědecké disciplíně a o kosmických objektech, které jsou předmětem jejího zájmu: kompaktní finální stádia hvězdné evoluce – bílí trpaslíci, černé díry a neutronové hvězdy, pulsary, aktivní galaktické jádra (AGN). Posluchači kurzu budou dále seznámeni s historickými konotacemi a klíčovými milníky oboru, teoretickými základy a vazbami oboru na další fyzikální disciplíny (obecnou a speciální relativitu, částicovou a nukleární fyziku, statistické metody, teorie mnoho částic), současnými i historickými observačními metodami a výsledky, moderními observačními technologiemi pro terestrická i satelitní pozorování v rentgenové, gamma i rádiové oblasti elektromagnetického spektra. Nedílnou součást kurzu představuje aktivní práce studenta – zpracování dílčího projektu (eseje) na téma, které si student zvolí v souladu s doporučením garanta a vyučujícího.
Osnova
  • Přednáška pokryje následující témata: I . Úvod: Předmět a metody II. Historický úvod 1. Historie astrofyziky vysokých energií 2. Přístrojové vybavení: kolimované detektory, zobrazovací přístroje a teleskopy; prostorové, energetické a časové rozlišení 3. Rentgenová astronomie vs. astronomie v ostatních oborech spektra 4. přístrojové vybavení a satelity: historie a perspektivy III. Základy 1. Degenerovaný Fermiho plyn a kritická hmotnost 2. Kompaktní objekty: charakteristické rysy bílých trpaslíků, neutronových hvězd a černých děr 3. Fyzika akrece: radiální a diskový režim, účinnost, max a min teploty, Eddingtonova limita, mechanismy přenosu hmoty. IV. Kompaktní zdroje rentgenového a gama záření 1. rádiové a gama pulsary: Krabí mlhovina, dipólový model, ms pulsary, evoluce magnetického pole. 2. akreující rentgenové pulsary: orbitální modely, magnetické pole, charakteristické poloměry (akreční, magnetosférický a korotační), akreční momenty sil a spin-up, emisní geometrie, transientní charakteristiky. 3. LXMBs (Low mass X-ray binaries): vlastnosti a klasifikace, orbitální modulace, rentgenové záblesky, termonukleární model, expanse fotosféry. 4. Akreující a přechodové ms pulsary 5. Černé díry v rentgenových binárních systémech: spektrální a časové vlastnosti, výtrysky (jets), transientní charakteristiky, korelace v rádiovém a rentgenovém oboru. 6. “Soft Gamma Repeaters”, anomální rentgenové pulsary a magnetary. 7. Evoluce a demografie. 10 verze 24.5.2018 V. Gravitace v režimu silného pole: 1. relativistické rádiové pulsary v binárních systémech dvou neutronových hvězd, testy obecné relativity 2. Relativistické profily Fe K (alfa) spektrální čáry a kvazi-periodické oscilace (QPOs) jako diagnostické nástroje v extrémní gravitaci, měření odhady hmotnosti a spinu černých děr. VI. Zbytky supernov: vysokoenergetické emise
Literatura
    povinná literatura
  • Rosswog & Brüggen: Introduction to High-Energy Astrophysics, 2007, ISBN 978-0521857697, Cambridge University Press
  • Chandrasekhar: The Mathematical Theory of Black Holes, 1998, ISBN 978-0198503705, Clarendon Press
    doporučená literatura
  • Frank, King & Raine: Accretion Power in Astrophysics 3rd Edition, 2002, ISBN 978-0521620536, Cambridge University Press
  • Kawaler, Novikov & Srinivasan: Stellar Remnants, 1997, ISBN 978-3540615200, Springer
  • Misner, Thorne, Wheeler: Gravitation, 2017, ISBN 978-0691177793, Princeton University Press
  • Rybicki & Lightman: Radiative Processes in Astrophysics, 1985, ISBN 978-0471827597, Wiley-VCH
  • Falanga, Belloni: The Physics of Accretion onto Black Holes, 2015, ISBN 978-1-4939-2227-7, Springer
  • Shapiro & Teukolsky: Black Holes, White Dwarfs, and Neutron Stars, 1983, ISBN 978-0471873167, Wiley-VCH
  • Glenndenning: Compact Stars, Nuclear Physics, Particle Physics, and General Relativity, 2000, ISBN 978-0387989778, Springer
  • Netzer: The Physics and Evolution of Active Galactic Nuclei, 2013, ISBN 978-1107021518, Cambridge University Press
  • Seward & Charles: Exploring the X-ray Universe, 2010, ISBN 978-0521884839, Cambridge University Press
Metody hodnocení
Vypracování projektu (eseje) k zápočtu. Ústní zkouška (formou obhajoby eseje a následné diskuze s doplňujícími otázkami v rámci okruhů pokrytých přednáškami).
Další komentáře
Předmět je dovoleno ukončit i mimo zkouškové období.
Předmět je vyučován každoročně.
Předmět je zařazen také v obdobích zima 2020, zima 2021, zima 2022, zima 2024.