Астрофизика и космология

Магистратура 2020/2021

Лучший по критерию «Полезность курса для расширения кругозора и разностороннего развития»

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Курс обязательный

Направление: 03.04.02. Физика

Кто читает: Департамент физики

Где читается: Санкт-Петербургская школа физико-математических и компьютерных наук

Когда читается: 1-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Богословский Никита Александрович

Прогр. обучения: Теоретическая и математическая физика

Язык: русский

Кредиты: 3

Контактные часы: 34

Полная версия программы учебной дисциплины Задать вопрос

Аннотация

Целью освоения дисциплины «Астрофизика и космология» является знакомство обучающихся с целостным представлением о строении и законах развития Вселенной. Для достижения этой цели перед курсом стоят следующие задачи: 1. изучить основные понятия астрофизики, закономерности мира звезд и современные теоретические представления о природе звезд и их систем; 2. показать действие фундаментальных законов в условиях космоса; 3. изучить физические методы исследований космических объектов; 4. познакомиться с современными проблемами астрофизики, новейшими открытиями и достижениями в исследовании Вселенной за последние годы.

Цель освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины «Астрофизика и космология» является знакомство обучающихся с целостным представлением о строении и законах развития Вселенной.

Планируемые результаты обучения

Оценивает основные астрофизические величины, массу звёзд и расстояние до них.
Умеет писать условия термодинамического равновесия в межзвёздном газе.
Умеет вычислять основные статфизические параметры звёздного вещества.
Вычисляет термодинамические функции фотонного газа, вырожденного электронного газа.
Умеет вычислять основные критические параметры звёзд.
Анализирует классические решения уравнений ОТО и их взаимосвязь с наблюдаемыми величинами.

Содержание учебной дисциплины

Тема 1. Физические законы в астрофизике.
Физические законы в астрофизике. Законы теплового излучения. Физика излучающего газа. Задача о переносе излучения. Методы определения температуры и химического состава небесных тел. Определение фундаментальных звездных параметров: масс, радиусов, светимостей. Многообразие звездных спектров. Спектральная классификация звезд. Нетепловые механизмы излучения.
Тема 2. Межзвёздная среда.
Компоненты межзвездной среды. Наблюдаемые состояния межзвездного газа: области HI, HII, корональный газ, молекулярные облака. Гравитационная неустойчивость. Условия гравитационного сжатия облака и его фрагментация. Критерий Джинса.
Тема 3. Внутреннее строение звёзд.
Задача о внутреннем строении сферически симметричных звезд в рамках теории тяготения Ньютона. Политропные модели звезд. Условие лучистого равновесия. Система уравнений, описывающая внутреннюю структуру сферически-симметричных звезд. Методы расчета моделей звезд.
Тема 4. Состояние вещества в звёздах.
Ионизация и диссоциация идеального газа. Равновесное излучение. Вырождение электронного газа. Нерелятивистское и предельное релятивистское приближения к давлению вырожденного электронного газа. Нейтронизация вещества в звездах. Гравитационное сжатие. Термоядерные источники энергии: протон-протонная реакция, углеродно-азотный цикл, тройная α-реакция, формирование элементов железного пика.
Тема 5. Эволюция звёзд.
Стадия гравитационного сжатия. Протозвезды. Стадия Хаяши. Звезды типа Т Тельца. Объекты Хербига-Аро. Эволюция звезд и диаграмма Герцшпрунга- Рессела. Фаза главной последовательности. Предел Чандрасекара. Эволюция звезд с массой ≤ 2,5 M⊙ после ухода с главной последовательности. Гелиевая вспышка. Образование планетарной туманности. Эволюция звезд с массой от 2,5 M⊙ до 8 M⊙ Сверхновые. Диаграмма Герцшпрунга-Рессела для шаровых звездных скоплений. Белые карлики, нейтронные звезды: строение, диапазон масс, температурная эволюция. Пульсары. Предел Оппенгеймера-Волкова. Черные дыры: радиус Шварцшильда, свойства черной дыры, приливные силы вблизи черной дыры.
Тема 6. Галактики. Элементы космологии.
Строение нашей Галактики. Классификация и структура галактик различного типа. Пространственное распределение и эволюция галактик. Структура Метагалактики.

Элементы контроля

Контрольная работа
Экзамен

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.5 * Контрольная работа + 0.5 * Экзамен

Программа дисциплины