Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Навчально-тематичний план лекцій І семінарських занять

Скачати 118.74 Kb.

Навчально-тематичний план лекцій І семінарських занять




Скачати 118.74 Kb.
Дата конвертації16.04.2017
Розмір118.74 Kb.




Вступ до астрофізики високих енергій
Викладач: м.н.с.

Фі́зика елемента́рних части́нок (ФЕЧ, англ. Particle physics), часто називається також фі́зикою висо́ких ене́ргій (англ. High energy physics, HEP) - розділ фізики, що вивчає структуру і властивості елементарних частинок і їх взаємодії.

Якубовський Дмитро Анатолійович.

НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І СЕМІНАРСЬКИХ ЗАНЯТЬ




лекції

Назва лекції

Кількість годин

лекції

семінари/ лаборат., практичні

самост. робота

Інші форми контр.

Змістовий модуль 1

1.

Приймачі електромагнітного випромінювання. Вимірювання кутових координат та часу приходу електромагнітного випромінювання.




1

1




2.

Вимірювання енергії та поляризації електромагнітного випромінювання. Вплив атмосфери.




1

1




3.

Випромінювання та детектування нейтрино.




1

1




4.

Випромінювання та детектування космічних променів.




1

1




5.

Вимірювання лінійних відстаней до космічних об’єктів та їх мас.




1

1




Модульна контрольна робота (аудиторна)




1







Змістовий модуль 2

6.

Параметри зірок. Діаграма Герцшпрунга-Рассела.




1

1




7.

Еволюція зірок різних мас.




1

1




8.

Компактні залишки зірок.




2

2




9.

Галактики та еволюція галактик.




1

1




10.

Активні ядра галактик (АЯГ). Модель уніфікації АЯГ.




2

1




11.

Групи та скупчення галактик.




1

1




12.

Великомасштабна структура Всесвіту. Основи космології.




2

2




Модульна контрольна робота (аудиторна)




1









Змістовий модуль 1 «Аналіз інформації від космічних джерел»

Лекція 1. Приймачі електромагнітного випромінювання.

Електромагнітне випромінювання Електромагн́ітне випром́інювання (англ. electromagnetic radiation) - взаємопов'язані коливання електричного (Е) i магнітного (B) полів, що утворюють електромагнітне поле а також, процес утворення вільного електро-магнітного поля при нерівномірному русі та взаємодії електричних зарядів.

Вимірювання кутових координат та часу приходу електромагнітного випромінювання – 1 год.

Огляд електромагнітного випромінювання. Одиниці виміру.

Одини́ця вимі́рювання (англ. measuring unit, unit of measure) - певний умовний розмір фізичної величини, прийнятий для кількісного відображення однорідних з нею величин.

Методи вимірювання електромагнітного випромінювання, типи приймачів. Методи вимірювання кутових координат, приклади інструментів, їх характеристики. Вимірювання часу приходу фотонів.


Лекція 2. Вимірювання енергії та поляризації електромагнітного випромінювання. Вплив атмосфери – 1 год.

Вплив атмосфери – «вікна прозорості», турбулентність, рефракція, екстинкція. Методи вимірювання енергії фотонів. Поляризація електромагнітного випромінювання та методи її вимірювання.


Лекція 3. Випромінювання та детектування нейтрино – 1 год.

Типи космічних нейтрино – реліктові, залишки термоядерного синтезу, залишки вибухів масивних наднових, космічні нейтрино високих та надвисоких енергій.

Ядерний синтез Я́дерний си́нтез - це процес, під час якого два, або більше, атомних ядра об'єднуються, формуючи важче ядро.

Огляд джерел космічних нейтрино та методів їх детектування.


Лекція 4. Випромінювання та детектування космічних променів1 год.

Космічні промені Космі́чні про́мені - заряджені частинки високих енергій з космічного простору. Майже 90% від загальної кількості частинок складають протони, 9% - ядра гелію (альфа-частинки) та близько 1% - електрони (бета-мінус частинки).

Характеристики спостережуваних космічних променів. Сонячні, галактичні та позагалактичні космічні промені. Ефект Грейзена-Зацепіна-Кузьміна. Детектування космічних променів.


Лекція 5. Вимірювання лінійних відстаней до космічних об’єктів та їх мас – 1 год.

Непрямі методи вимірювань в астрономії, їх особливості. Огляд методів вимірювання відстаней до космічних об’єктів та їх мас.

Ме́тод вимі́рювання - сукупність способів використання засобів вимірювальної техніки та принципів вимірювань для створення вимірювальної інформації.


Семінар 1. Розвязок задач. Модульна контрольна робота – 1 год.

Розв’язок задач по аналізу інформації від космічних джерел. Модульна контрольна робота з аналізу інформації від космічних джерел – 3 задачі на 45 хвилин.


Контрольні питання:

  1. «Вікна прозорості» атмосфери для електромагнітного випромінювання, їх походження.

  2. Принцип дії радіотелескопів, антенна та шумова температури.

  3. Приймачі ІЧ, оптичного та УФ випромінювання.

  4. Принципи детектування та характеристики детекторів рентгенівського та гамма-випромінювання.

  5. Критерій Релея та кутова роздільна здатність окремих телескопів.

    Розді́льна зда́тність або роздільність (англ. Resolution) - спроможність розрізняти дрібні деталі.



  6. Комбінація багатьох телескопів. Апертурний синтез та радіоінтерферометрія з наддовгою базою (РНДБ).

  7. Кутове розділення рентгенівських та гамма-інструментів.

  8. Вимірювання часу приходу випромінювання та його важливість для аналізу компактних об’єктів.

  9. Методи вимірювання енергії електромагнітного випромінювання.

  10. Поляризація електромагнітного випромінювання, вимірювання поляризації.

  11. Джерела космічних нейтрино та методи їх детектування.

  12. Космічні промені – сонячні, галактичні та позагалактичні. Обрізання космічних променів надвисоких енергій (ефект Грейзена-Зацепіна-Кузьміна).

  13. Існуючі методи вимірювання відстані.

  14. Методи вимірювання маси космічних об’єктів.


Змістовий модуль 2 «Основи астрофізики та космології»

Лекція 6. Параметри зірок. Діаграма Герцшпрунга-Рассела – 1 год.

Діагра́ма Герцшпрунга-Рассела (діаграма Г-Р або діаграма колір - світність) - графічно відображена залежність між світністю (чи абсолютною зоряною величиною) та спектральним класом (тобто, температурою поверхні) зорі.

Термоядерний синтез як джерело енергії зірок. Оцінка маси та радіуса зірок типу Сонця. Зв'язок між масою, радіусом, світністю та температурою поверхні зорі. Діаграма Герцшпрунга-Рассела, типи зірок.


Лекція 7. Еволюція зірок різних мас1 год.

Модель еволюції зірок. Еволюція маломасивних зірок: горіння гелію, стадія гігантів, утворення планетарної туманності. Еволюція зірок сонячної маси: утворення білих карликів.

Еволю́ція зір - зміна фізичних характеристик, хімічного складу та внутрішньої будови зорі із часом.

Бі́лі ка́рлики - зорі низької світності з масами, порівняними із масою Сонця, та високими ефективними температурами. Назва білі карлики пов'язана з кольором перших відкритих представників цього класу - Сіріуса B та 40 Ерідана B.

Еволюція масивних зірок: спалахи наднових, утворення нейтронних зірок або чорних дір. Залишки наднових та утворення нових зірок.

Нейтронна зоря - зоря на завершальному етапі своєї еволюції, що не має внутрішніх джерел енергії та складається переважно з нейтронів, які перебувають у стані виродженого фермі-газу, із невеликою домішкою інших частинок.

Наднова́ (Супернова) - це зоря, що раптово збільшує свою світність у мільярди раз (на 20 зоряних величин), а іноді й більше. У максимумі спалаху наднова випромінює стільки ж світла, скільки його випромінюють мільярди зір разом.


Семінар 2. Задачі з еволюції зірок та залишків наднових1 год.

Розв’язок задач з еволюції зірок та залишків наднових.


Лекція 8. Компактні залишки зірок – 1 год.

Вироджений електронний газ як джерело протидії гравітації, білі карлики. Обмеження Чандрасекара на масу білих карликів. Охолодження білих карликів та обмеження на час існування Всесвіту.

Вели́кий ви́бух (англ. Big Bang Theory) - фізико-космологічна теорія про ранню стадію еволюції Всесвіту з надзвичайно щільного та гарячого стану, який існував приблизно 13,8 мільярда років тому. Теорія ґрунтується на екстраполяції в минуле факту розбігання галактик за законом Габбла та на моделі Всесвіту, запропонованій Георгіем Антоновичем Гамовим.

Вироджений нейтронний газ, нейтронні зірки. Пульсари як підтвердження існування нейтронних зірок. Поріг маси нейтронних зірок, чорні дірки сонячної маси.

Чорна діра - астрофізичний об'єкт, який створює настільки потужну силу тяжіння, що жодні, як завгодно швидкі частинки, не можуть покинути його поверхню, а також світло. Термін запровадив Джон Арчибальд Вілер наприкінці 1967 року.

Акреція на компактні об’єкти, Едингтонівська світність.


Семінар 3. Задачі з фізики компактних залишків зірок1 год.

Розв’язок задач з еволюції зірок та залишків наднових.


Лекція 9. Галактики та їх типи. Еволюція галактик – 1 год.

Спостереження та класифікація галактик. Співвідношення Таллі-Фішера та Фабер-Джексона. Складові компоненти галактик. Формування галактик – оцінки за порядком величини.

Гала́ктика (дав.-гр. Γαλαξίας - «молочний») - гравітаційно зв'язана система із зір і зоряних скупчень, міжзоряного газу, пилу й темної матерії. Усі об'єкти в складі галактик беруть участь в обертанні навколо спільного центру мас.

Середня відстань між галактиками, зіткнення галактик. Еволюція галактик.


Лекція 10. Активні ядра галактик (АЯГ) – 1 год.

Спостереження та класифікація АЯГ. Порівняння ефективності механізмів випромінювання АЯГ. Акреція на надмасивні чорні дірки. Відмінність Сейфертів І та ІІ – затіняючий тор. Відмінність радіогалактик, радіо гучних квазарів та блазарів – кут нахилу до ультра-релятивістського джету. «Велика схема» уніфікації АЯГ.


Семінар 4. Задачі з фізики галактик та АЯГ2 год.

Розв’язок задач з фізики галактик та АЯГ.


Лекція 11. Групи та скупчення галактик – 1 год.

Спостереження груп та скупчень галактик. Гравітаційно зв’язані структури. Міжгалактичний гарячий газ, його температура та маса. Проблема «прихованої маси» та її можливі пояснення.


Лекція 12. Великомасштабна структура Всесвіту (ВСВ). Основи космології – 1 год.

Спостереження ВСВ. Надскупчення, стіни, войди. Однорідність та ізотропія Всесвіту. Космологічний принцип.

Скупчення галактик - гравітаційно пов'язані системи галактик, одні з найбільших структур у Всесвіті. Розміри скупчень галактик можуть досягати 108 світлових років. Маси скупчень варіюються від 1013 до 1015 мас Сонця.

Космологічний принцип - основне положення сучасної космології, згідно з яким кожен спостерігач в один і той же момент часу, незалежно від місця та напрямку спостереження виявляє у Всесвіті одну і ту ж картину.

Розширення Всесвіту, закон Габбла.

Розширення Всесвіту - явище, що складається в майже однорідному і ізотропному розширенні космічного простору в масштабах усього Всесвіту.

Закон Габбла - закон астрономії, за яким швидкість взаємного віддалення (розбігання) галактик пропорційна відстані між ними. Відкритий американським астрономом Едвіном Габблом 1929 року.

Основи космології.



Семінар 5. Задачі з груп, скупчень галактик, ВСВ та основ космології. Модульна контрольна робота2 год.

Розв’язок задач з фізики груп, скупчень галактик, ВСВ та основ космології. Модульна контрольна робота з основ астрофізики та космології – 3 задачі на 45 хвилин.



Контрольні питання:

  1. Оцінки радіусу та маси зірок типу Сонця з умови «включання» термоядерного синтезу.

  2. Оцінка світності зірок типу Сонця. Зв'язок між світністю та температурою поверхні («головна послідовність»).

  3. Діаграма Герцшпрунга-Рассела, типи зірок.

  4. Накопичення гелію, перехід на стадію гігантів.

  5. Спалах та горіння гелію.

  6. Подальша еволюція звичайних та мало масивних зірок. Планетарні туманності, білі карлики.

  7. Еволюція масивних зірок. Вибух масивних наднових.

  8. Залишки наднових та їх еволюція. Утворення нових зірок.

  9. Вироджений електронних газ. Спрощене рівняння стану білих карликів.

    Рівня́ння ста́ну - співвідношення між тиском p, об'ємом V і температурою Т фізично однорідної системи, що перебуває в стані термодинамічної рівноваги. Рівняння стану одержують експериментально або визначають теоретично методами статистичної фізики, виходячи з молекулярно-кінетичних уявлень про будову даної речовини.



  10. Модель охолодження білих карликів та обмеження на час існування Всесвіту.

  11. Вироджений нейтронний газ. Спрощене рівняння стану нейтронних зірок.

  12. Пульсари як свідоцтво існування нейтронних зірок.

  13. Поріг маси нейтронних зірок. Чорні дірки сонячної маси.

  14. Спостереження чорних дірок сонячної маси – масивні подвійні системи. Акреція речовини в подвійних системах. Едингтонівська світність.

  15. Типи галактик. Складові компоненти галактик – диск, балдж, гало.

  16. Спрощена модель утворення галактик. Радіус та маса галактик.

  17. Зіткнення та взаємодія галактик.

    Взаємоді́ючі гала́ктики - галактики, розташовані в просторі досить близько, щоб взаємна гравітація істотно впливала на форму, рух речовини й зір, на процеси зореутворення, а в деяких випадках - і на обмін речовиною між галактиками.



  18. Співвідношення Таллі-Фішера (для спіральних галактик) та Фабер-Джексона (для еліптичних галактик).

    Спіра́льна гала́ктика (позначається S) - різновид галактик у класифікації Габбла, найвиразнішою особливістю яких є наявність спіральної структури у диску.

    Еліпти́чні гала́ктики - галактики, контури яких мають більш-менш еліпсоподібну форму. Їх яскравість плавно зменшується від центра до периферії. Еліптичні галактики позначають літерою E, після чого ставлять число (n = 0 - 7), яке характеризує міру стиснення видимої проекції галактики на площину спостереження (а не реальну форму галактики, яку може бути важко встановити).

    Галактики низької поверхневої яскравості.

  19. Типи АЯГ. Спостереження АЯГ.

  20. Акреція на надмасивні чорні дірки як джерело енергії АЯГ.

  21. Затіняючий тор як причина відмінності Сейфертів І та ІІ.

  22. Ультра-релятивістський джет як причина відмінності радіогалактик, радіо-гучних квазарів та блазарів.

  23. «Велика схема» уніфікації АЯГ.

  24. Рух галактик у групах та скупченнях. Віріальна маса галактик та скупчень.

  25. Гарячий газ в галактиках та скупченнях.

  26. Проблема «прихованої маси», її можливі пояснення.

  27. Спостереження ВСВ. Однорідність та ізотропія Всесвіту. Космологічний принцип.

  28. Розширення Всесвіту, закон Габбла.

  29. Основи космології. Густина матерії в сучасному Всесвіті. Домінування випромінювання в ранньому Всесвіті, модель Великого Вибуху.



Перелік питань на залік (іспит):

  1. Методи вимірювання електромагнітного випромінювання, типи приймачів.

  2. Чутливість приймачів радіовипромінювання та одиничних фотонів.

  3. Вимірювання кутових координат електромагнітного випромінювання – огляд інструментів та характеристик їх кутової роздільної здатності.

  4. Вплив земної атмосфери на характеристики космічного електромагнітного випромінювання.

    Атмосфе́ра Землі́ (від грец. άτμός - пара і σφαῖρα - куля) - атмосфера планети Земля, одна з геосфер, суміш газів, що оточують Землю, та утримуються завдяки силі тяжіння. Атмосфера в основному складається з азоту (N2, 78,08 % об.)



  5. Вимірювання енергії електромагнітного випромінювання – огляд інструментів та характеристик їх спектральної роздільної здатності.

  6. Вимірювання часу приходу та поляризації електромагнітного випромінювання – огляд та принцип дії інструментів.

  7. Випромінювання та детектування нейтрино – огляд та принцип дії інструментів.

  8. Випромінювання та детектування космічних променів – огляд та принцип дії інструментів. Сонячні, галактичні та позагалактичні космічні промені.

  9. Методи визначення відстані до космічних об’єктів.

  10. Методи визначення маси космічних об’єктів.

  11. Зірки за порядком величини – маса, радіус, світність. Спрощена модель зірок типу Сонця. Діаграма Герцшпрунга-Рассела, типи зірок.

  12. Еволюція зірок малої, сонячної та великої маси. Наднові, залишки наднових. Гіпернові та гамма-спалахи, модель колапсара.

    Білий карлик

    Утворення нових зірок.

  13. Білі карлики – спрощене рівняння стану. Охолодження білих карликів.

  14. Нейтронні зірки – спрощене рівняння стану. Пульсари. Поріг маси нейтронних зірок.

  15. Чорні дірки сонячної маси. Масивні подвійні системи, акреція речовини. Едингтонівська світність.

  16. Галактики, типи галактик. Складові компоненти галактик. Спрощена модель утворення галактик. Зіткнення галактик.

  17. Співвідношення Таллі-Фішера та Фабер-Джексона, галактики з низькою поверхневою яскравістю. Ротаційні криві та гало «темної матерії». Розподіли темної матерії.

  18. Активні ядра галактик (АЯГ), типи АЯГ. «Велика схема» уніфікації АЯГ.

  19. Групи та скупчення галактик. Гало гарячого газу. Проблема «прихованої маси» та її можливі пояснення.

  20. Властивості великомасштабної структури Всесвіту та реліктового електромагнітного випромінювання.

    Великомасштабна структура Всесвіту в космології - структура розподілу матерії на найбільших спостережуваних масштабах.

    Однорідність та ізотропія Всесвіту. Розширення Всесвіту, закон Хаббла. Основи космології.



Поза аудиторна робота студентів:

  1. Чутливість детекторів – випадки детектування радіохвиль та одиничних частинок.

  2. Модель спалаху наднових типу Іа.

  3. Гамма-спалахи та модель гіпернових. Модель колапсару.

  4. Галактики низької поверхневої яскравості.

  5. Ротаційні криві спіральних галактик, необхідність введення «темної матерії».

  6. Розподіли темної матерії – псевдо-ізотермальний, Наварро-Френка-Вайта.

  7. Реліктове електромагнітне випромінювання – середня температура та ізотропія.


Рекомендована література

  1. Шапиро С., Тьюкольски С. Черные дыры, белые карлики и нейтронные звезды. - М.: Мир. - 1985. - Т.1 (гл.1-4); т.II (гл.9-12, 14-15, 18).

  2. Д.Якубовський, Г.Іващенко. Курс з методів астрономії та астрофізики (електронний препринт, див. http://virgo.org.ua/dima806/astro_cosmo/kurs_ukr.pdf), стор. 3-73.

  3. А. Неронов. Курс з астрофізики частинок (електронний препринт, див. http://virgo.org.ua/dima806/astro_cosmo/Astroparticle.pdf), стор. 4-66.



Програму склав: м.н.с. Якубовський Д.А.


Скачати 118.74 Kb.

  • НАВЧАЛЬНО-ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН ЛЕКЦІЙ І СЕМІНАРСЬКИХ ЗАНЯТЬ
  • Змістовий модуль 1 «Аналіз інформації від космічних джерел» Лекція 1
  • Лекція 2
  • Лекція 3
  • Лекція 4
  • Лекція 5
  • Семінар 1
  • Змістовий модуль 2 «Основи астрофізики та космології» Лекція 6
  • Лекція 7
  • Семінар 2
  • Компактні залишки зірок
  • Семінар 3
  • Галактики та їх типи. Еволюція галактик
  • Лекція 10
  • Семінар 4
  • Лекція 12
  • Розширення Всесвіту , закон Габбла
  • Семінар 5
  • Перелік питань на залік (іспит)
  • Поза аудиторна робота студентів
  • Рекомендована література