FYBPV0005 Astrofyzikální procesy

Fyzikální ústav v Opavě
léto 2021
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
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
Předmět je vyučován každoročně.
Výuka probíhá každý týden.
Předmět je zařazen také v obdobích léto 2022, léto 2023, léto 2024, léto 2025.