Astrophysics and Cosmology

fakultatywne specjalizacyjne

Studenci przed przystąpieniem do zajęć, powinni znać niektóre zagadnienia z zakresu astronomii (np. czym jest gwiazda, Układ Słoneczny, galaktyka). Powinni również umieć przekształcać równania oraz obliczać różniczki i całki.

mieszany: w sali i zdalnie
w sali

An aim of the lecture and the colloquium seminars is to acquaint students with chosen subjects of modern astrophysics and cosmology. The classes should be given in a classroom with blackboard. The classes will also be illustrated by diagrams, figures, photos, or movies.

Profil studiów: ogólnoakademicki

Forma studiów: stacjonarne

Rodzaj przedmiotu: zajęcia do wyboru (Grupa zajęć: Fizyka Teoretyczna)

Dziedzina i dyscyplina nauki: Dziedzina nauk ścisłych i przyrodnicznych, Dyscyplina: Nauki fizyczne

Rok studiów/semestr: 1 rok/2 semestr

Punkty ECTS: 6

Wymagania wstępne:

Bilans nakładu pracy studenta:

- udział w wykładach (30 godz.),

- udział w konwersatorium (30 godz.),

- udział w konsultacjach (15 godz.),

- praca własna studenta w domu (15 godz.),

Przypomnienie: studentom oferowana jest możliwość udziału w nieobowiązkowych konsultacjach.

Wskaźniki ilościowe:

- nakład pracy studenta związany z zajęciami wymagającymi bezpośredniego udziału nauczyciela - 3 ECTS;

- nakład pracy studenta związany z samodzielna pracą - 3 ECTS.

Metody dydaktyczne: wykład podawczy, wykład konwersatoryjny, metoda heurystyczna, metoda problemowa.

Zasady użycia sztucznej inteligencji (SI):

Podczas zajęć dozwolone jest korzystanie z systemów SI w zakresie:

1. Tłumaczenia maszynowego tekstów źródłowych z języków obcych.

2. Wyszukiwania i organizowania źródeł naukowych.

3. Tworzenia symulacji i modelowania omawianych na wykładzie zjawisk fizycznych.

W przypadku stwierdzenia naruszeń powyższych zasad, osoba kształcąca się może zostać pociągnięta do odpowiedzialności na podstawie odrębnych przepisów dyscyplinarnych.

Tematy podejmowane na Wykładzie:

I. Budowa wnętrza gwiazdy, ewolucja gwiazd:

1. Źródła informacji o kosmosie, promieniowanie ciała doskonale czarnego;

2. Twierdzenie o wiriale. Ujemne ciepło właściwe gwiazdy;

3. Równania budowy wewnetrznej gwiazdy.

4. Transport energii w gwieździe: konwekcja, transport promienisty.

5. Reakcje jądrowe we wnętrzach gwiazd; Jasność Eddingtona.

6. Masa Jeansa. Długość Jeansa

7. Diagram Hertzsprunga-Russela

8. Podwójne układy półrozdzielone: punkty Lagrange'a, paradoks Algola.

II) Astrofizyka relatywistyczna

1. Zakaz Pauliego, Równanie stanu materii zdegenerowanej.

2. Białe karły: podstawowe parametry, masa Chandrasekhara.

3. Gwiazdy neutronowe i pulsary; czarne dziury: podstawowe parametry, budowa wewnętrzna.

4. Fale grawitacyjne: czym są i jakie mają własności? Detektory fal grawitacyjnych. Podwójny pulsar Hulse'a i Taylora, źródło GW150914, GW170817.

III) Kosmologia

1. Metryka Friedmana-Lemaître’a-Robertsona-Walkera, Model kosmologiczny Friedmana-Lemaître’a,

2. Teoria Wielkiego Wybuchu.

3. Ciemna materia i ciemna energia

Tematy podejmowane na Konwersatorium:

I. Astrofizyka nierelatywistyczna

1. Twierdzenie o wiriale; oszacowanie energii potencjalnej gwiazdy;

2. Oszacowanie wydajności różnych źródeł energii; oszacowanie skal czasowych

3. Zadania dotyczące równań budowy wew. gwiazd;

4. Masa i długość Jeansa typowego obłoku molekularnego;

5. Diagram Hertzprunga-Rusella;

II) Astrofizyka relatywistyczna

1. Oszacowanie podstawowych parametrów białego karła i masy Chandrasekhara;

2. Zadania dotyczące szacowania podstawowych parametrów gwiazd neutronowych i pulsarów;

3. Obliczanie, za pomocą formuły kwadrupolowej, mocy promieniowania grawitacyjnego najprostszych źródeł;

III) Kosmologia

1. Zadania związane z modelami Friedmana-Lemaitre'a;

2. Mikrofalowe promieniowanie tła;

Literatura podstawowa:

B. Basu, An Introduction to Astrophysics, PHI Learning Private Limited, Delhi, 2013.

2. L. A. Anchordoqui, Lectures os Astronomy, Astrophysics and Cosmology, 2016 ( http://arxiv.org/pdf/0706.1988v3.pdf ).

3. A. Liddle, An Introduction to Modern Cosmology, WILEY, 2009.

Literature dodatkowa:

1. M. S. Longair, High Energy Astrophysics, Cambridge University Press, Cambridge 2011

2. M.S. Longair, Galaxy formation,

Absolwent zna i rozumie:

1. w pogłębionym stopniu koncepcje, zasady i teorie właściwe dla fizyki (KP7_WG1);

2. główne tendencje rozwojowe dyscypliny fizyka (KP7_WG6);

3. fundamentalne dylematy współczesnej cywilizacji w

kontekście fizyki (KP7_WK1);

Absolwent potrafi:

1. nieustanie uczyć się oraz inspirować i organizować proces

uczenia się innych osób (KP7_UU2);

Absolwent jest gotów do:

1. krytycznej oceny posiadanej wiedzy i odbieranych treści (KP7_KK1);

2. uznawania znaczenia wiedzy w rozwiązywaniu problemów poznawczych i praktycznych (KP7_KK2);

3. współpracy z ekspertami w przypadku trudności z samodzielnym rozwiązaniem problemów (KP7_KK3);

4. wypełniania zobowiązań społecznych oraz negowania dezinformacji w zakresie zdobytej wiedzy (KP7_KO1);

Na zakończenie konwersatoriów odbędzie się egzamin pisemny w formie testu (składającego się z zadań liczbowych). Egzamin ustny odbędzie się na zakończenie wykładu, tj. po zakończeniu kursu.

Skala ocen:

0–50% poprawnych odpowiedzi – 2,0 (F)

51–60% – 3,0 (E)

61–70% – 3,5 (D)

71–80% – 4,0 (C)

81–90% – 4,5 (B)

91–100% – 5,0 (A)

Nie wymagane.