F7600 Fyzika hvězdných atmosfér

Přírodovědecká fakulta
podzim 2018
Rozsah
2/1. 3 kr. (příf plus uk plus > 4). Ukončení: zk.
Vyučující
doc. RNDr. Jiří Kubát, CSc. (přednášející)
Mgr. Barbora Doležalová (cvičící)
Garance
prof. RNDr. Zdeněk Mikulášek, CSc.
Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Kontaktní osoba: doc. RNDr. Jiří Kubát, CSc.
Dodavatelské pracoviště: Ústav teoretické fyziky a astrofyziky – Fyzikální sekce – Přírodovědecká fakulta
Rozvrh
Po 17. 9. až Pá 14. 12. Út 8:00–10:50 FLenc,03028
Předpoklady
Doporučeno absolvování přednášek z kvantové a statistické fyziky.
Omezení zápisu do předmětu
Předmět je otevřen studentům libovolného oboru.
Cíle předmětu
Cílem tohoto kurzu je studenty a studentky podrobně seznámit se základy interakce hmoty a záření, s přenosem záření a s použitím metod pro řešení těchto problémů v astrofyzice.
Výstupy z učení
Studenti a studentky budou po absolvování předmětu:
  • rozumět interakci záření a hmoty v astrofyzice
  • znát omezení použití rovnovážných rozdělení v astrofyzice
  • znát různé metody řešení přenosu záření a jejich vhodnost pro různé astrofyzikální aplikace
  • schopen používat modely založené na předpokladu kinetické rovnováhy (NLTE)
  • schopen absolvovat návazné přednášky a semináře
    • Osnova
    • Základní pojmy (specifická intenzita, číselná hustota fotonů, rozdělovací funkce záření, rovnovážné rozdělení, střední intenzita, tok, tenzor tlaku záření, zářivá energie, základní veličiny v planparalelní a sférické geometrii, popis polarizovaného záření)
    • Rovnice přenosu záření (absorpční koeficient, emisní koeficient, rozptyl, odvození rovnice přenosu záření, střední volná dráha fotonu, optická hloubka, vydatnost, okrajové podmínky rovnice přenosu, momenty rovnice přenosu, rovnice přenosu pro polarizované záření)
    • Termodynamická rovnováha (Maxwellovské rozdělení rychlostí, Boltzmannova excitační formule, Sahova ionizační formule, disociace molekul, stavová rovnice se započtením ionizací, určení elektronové hustoty, lokální termodynamická rovnováha)
    • Absorpce a emise v čarách (Einsteinovy koeficienty, síla oscilátoru, účinný průřez, profil spektrálních čar, přirozené rozšíření, dopplerovské rozšíření, Voigtův profil, mikroturbulence, srážkové rozšíření, Starkovo rozšíření, struktura atomu a přechody vodíku a vodíkupodobných iontů, stuktura atomů a čárové přechody lehkých prvků, hladiny v magnetickém poli, interakce záření s molekulami)
    • Absorpce a emise v kontinuu (ionizace a rekombinace, Einsteinovy-Milneho vztahy pro kontinuum, účinný průřez v kontinuu, volně-volné přechody)
    • Rozptyl (rozptyl v kontinuu na volných a vázaných elektronech, rozptyl ve spektrálních čarách, redistribuční funkce)
    • Řešení rovnice přenosu záření difúzní přiblížení, lambda operátor, formální řešení rovnice přenosu, diskretizace rovnice přenosu, metoda dlouhých charakteristik, metoda krátkých charakteristik, Feautrierova metoda, řešení momentových rovnic, řešení metodou Monte Carlo)
    • Přenos záření v pohybujícím se prostředí (rovnice přenosu v soustavě pozorovatele a ve spolupohybující se soustavě, Sobolevova aproximace, P Cyg profil)
    • Přenos záření s rozptylem (termalizační délka, přímé metody řešení (integrální metody, diferenciální metody), iterační metody řešení (metoda proměnných Eddingtonových faktorů))
    • Srážkové procesy (ionizace a excitace srážkami s elektrony, další srážkové procesy, Augerova ionizace)
    • Rovnice kinetické (statistické) rovnováhy (četnosti zářivých přechodů (vázaně-vázané přechody, fotoionizační přechody), četnosti srážkových přechodů, pravděpodobnosti obsazení hladin, soustava rovnic kinetické (statistické) rovnováhy (lineární závislost a doplňující rovnice), limitní a speciální případy (jednohladinový atom s kontinuem, kaskádové přechody, cyklické přechody, jemná struktura hladin v mezihvězdném prostředí))
    • Řešení NLTE problému (dvouhladinový atom bez kontinua a s kontinuem, termalizační hloubka ve spektrálních čarách, lambda iterace, urychlená lambda iterace, řešení mnohohladinového atomu metodou úplné linearizace a urychlenou Λ-iterací, základní NLTE efekty pro čáry i kontinua, matice hustoty)
    Literatura
      doporučená literatura
    • KUBÁT, Jiří. Fyzika hvězdných atmosfér a větrů, učební text
    • HUBENÝ, Ivan a Dimitri MIHALAS. Theory of stellar atmospheres : an introduction to astrophysical non-equilibrium quantitative spectroscopic analysis. Princeton, N.J.: Princeton University Press, 2015, xvi, 923. ISBN 9780691163291. info
    • MIHALAS, Dimitri. Stellar atmospheres. 2nd ed. San Francisco: W.H. Freeman and Company, 1978, xx, 632. ISBN 0716703599. info
    • RYBICKI, George B. a Alan P. LIGHTMAN. Radiative processes in astrophysics. New York: John Wiley & Sons, 1979, xv, 382. ISBN 0471827592. info
    • PRADHAN, Anil a Sultana NAHAR. Atomic Astrophysics and Spectroscopy, Cambridge University Press, 2011, ISBN9780521825368
      neurčeno
    • JEFFERIES, John T.; Spectral line formation, Blaisdel Publ. Comp., 1968
    Výukové metody
    Přednáška a cvičení
    Metody hodnocení
    Ústní zkouška.
    Navazující předměty
    Další komentáře
    Studijní materiály
    Předmět je vyučován každoročně.
    Předmět je zařazen také v obdobích podzim 2007 - akreditace, podzim 2001, podzim 2003, podzim 2005, podzim 2007, podzim 2009, podzim 2011, podzim 2011 - akreditace, jaro 2012 - akreditace, podzim 2013, podzim 2015, podzim 2016, podzim 2017, podzim 2019, podzim 2020, podzim 2021, podzim 2022, podzim 2023, podzim 2024.