М2.В.ДВ.7_Релятивиская астрофизика (новое окно)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ШКОЛА ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК ДВФУ
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД)
Релятивистская астрофизика
Направление подготовки 011200.68 Физика
ОП – Теоретическая физика
Форма подготовки - очная/
Школа естественных наук ДВФУ
Кафедра теоретической и экспериментальной физики
курс 2 семестр 3
лекции 20 (час.)
практические занятия _ час.
лабораторные работы 20 час.
всего часов аудиторной нагрузки 40 (час.)
самостоятельная работа 68 (час.)
контрольные работы (количество)
зачет _ семестр
экзамен 3 семестр
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования (приказ Минобрнауки от 18 ноября
2009 № 637 ).
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры теоретической и экспериментальной физики «26» июня
2012 г., протокол №17
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор Белоконь В.И.
Составитель д.ф.-м.н., доцент Молочков А.В.
Разработчик:
Молочков А.В.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Релятивистская астрофизика»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М2.В.ДВ.7
теоретической и экспериментальной физики
Оборотная сторона титульного листа РПУД
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20___ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________
(подпись)
В.И. Белоконь
(И.О. Фамилия)
II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20___ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________
(подпись)
В.И. Белоконь
(И.О. Фамилия)
Лист 2 из 10
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Релятивистская астрофизика»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М2.В.ДВ.7
теоретической и экспериментальной физики
Разработчик:
Молочков А.В.
Лист 3 из 10
АННОТАЦИЯ
Рабочая программа дисциплины «Релятивистская астрофизика» для
студентов,
обучающихся
по
направлению
магистерской
подготовки
011200.68 – Физика по образовательной программе «Теоретическая физика»
составлен в соответствии с требованиями федерального государственного
образовательного
стандарта
высшего
профессионального
образования
третьего поколения.
Дисциплина «Релятивистская астрофизика» входит в вариативную
часть профессионального цикла.
Преподавание
дисциплины
связано
с
другими
курсами
государственного образовательного стандарта: «Компьютерные технологии»,
«Методы
квантовой
теории
поля»,
«Квантовая
теория
поля»,
«Дополнительные главы квантовой механики», «Современные проблемы
физики».
Цель - формирование у студентов основных представлений о
структуре и эволюции вселенной.
Задачи:
1. Изложить
содержание
фундаментальных
принципов,
приближенных методов и основных моделей релятивистской астрофизики.
2. Сформулировать определения основных понятий предмета,
3. Научить
использовать
основные
уравнения
релятивистской
астрофизики для анализа конкретных физических ситуаций, проводить
необходимые математические преобразования, решать стандартные задачи.
4. Научить применять общие методы релятивистской астрофизики к
решению конкретных задач.
Дисциплина направлена на формирование следующих компетенций
выпускника:
 ОК-1 – способность демонстрировать углубленные знания в области
математики и естественных наук;
Разработчик:
Молочков А.В.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Релятивистская астрофизика»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М2.В.ДВ.7
теоретической и экспериментальной физики
Лист 4 из 10
 ОК-5 – способность порождать новые идеи;
 ОК-7 – способность адаптироваться к изменению научного и научнопроизводственного профиля своей профессиональной деятельности, к
изменению социокультурных и социальных условий деятельности;
 ОК-10 – способность использовать базовые знания и навыки
управления
информацией
для
решения
исследовательских
профессиональных задач, соблюдать основные требования информационной
безопасности, в том числе защиты государственной тайны;
 ПК-1 – способность свободно владеть фундаментальными разделами
физики, необходимыми для решения научно-исследовательских задач (в
соответствии со своей магистерской программой);
 ПК-2 – способность использовать знания современных проблем
физики, новейших достижений физики в своей научно-исследовательской
деятельности;
 ПК-5
–
способность
использовать
свободное
владение
профессионально-профилированными знаниями в области информационных
технологий, современных компьютерных сетей, программных продуктов и
ресурсов Интернет для решения задач профессиональной деятельности, в том
числе находящихся за пределами профильной подготовки;
 ПК-6
–
способность
свободно
владеть
разделами
физики,
необходимыми для решения научно-инновационных задач (в соответствии с
профилем подготовки);
 ПК-7 – способность свободно владеть профессиональными знаниями
для анализа и синтеза физической информации ( в соответствии с профилем
подготовки);
 ПК-8 – способность проводить свою профессиональную деятельность
с учетом социальных, этических и природоохранных аспектов;
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Релятивистская астрофизика»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М2.В.ДВ.7
теоретической и экспериментальной физики
Разработчик:
Молочков А.В.
Лист 5 из 10
 ПК-9 – способность организовать и планировать физические
исследования;
 ПК-10 – способность организовать работу коллектива для решения
профессиональных задач.
I. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ КУРСА
Тема 1. Теория переноса излучения в атмосферах звезд (3 часа)
Перенос излучения в непрерывном и дискретном спектре. Методы
Шварцшильда-Шустера и Эддингтона. Линии поглощения при когерентном
рассеянии и локальном термодинамическом равновесии.
Тема 2. Газовые туманности (2 часа).
Свечение газа туманностей. Ионизация газа туманностей.
Тема 3. Фоновые излучения (3 часа).
Космическое фоновое электромагнитное излучение. Астрофизика
космических лучей. Тепловое и нетепловое излучение.
Тема 4. Конечные стадии эволюции звезд (3 часа).
Теоретическое и наблюдаемое распределение масс звезд на конечной
стадии их эволюции. Равновесие вырожденного электронного газа белых
карликов и вырожденного нейтронного газа нейтронных звезд. Пределы
Чандрасекара и Оппенгеймера-Волкова.
Тема 5. Внегалактическая астрономия (3 часа).
Иерархия астрономических объектов: звезды,
галактики,
группы
галактик,
скопления
галактик,
скопления звезд,
крупномасштабная
структура.
Темная
материя
и
темная
энергия.
Метагалактика.
Тема 6. Гравитационные волны (3 часа).
Классификация
галактик.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Релятивистская астрофизика»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М2.В.ДВ.7
теоретической и экспериментальной физики
Разработчик:
Молочков А.В.
Энергия
гравитационного
поля.
Псевдотензор.
Лист 6 из 10
Аналогия
с
электродинамикой. Формула Эйнштейна для интенсивности излучения
гравитационных волн. Источники гравитационных волн.
Тема 7. Космология (3 часа)
Однородные изотропные космологические модели. Метрики Фридмана
и де Ситтера. Наблюдательная космология. Космологические сценарии.
Физическая космология. Фантомная материя. Большой взрыв и большой
разрыв. Анизотропные космологические модели.
II.
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
КУРСА
Лабораторные работы (20 часов)
Занятие 1. Преобразование Лоренца (2 часа)
Занятие 2. Метрический тензор. (2 часа)
Занятие 3. Кривизна поверхности. (2 часа)
Занятие 4. Решение Фридмана (2 часа)
Занятие 5. Задача на отличие электромагнитного и гравитационного
излучения. (2 часа).
Занятие 6. Гауссова Кривизна. (2 часа).
Занятие 7. Расстояние между звездами в двойной системе (2 часа).
Занятие 8. Микролинзирование (2 часа).
Занятие 9. Приближение нерелятивистской теории (2 часа).
Занятие 10. Падение на черную дыру (2 часа).
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Релятивистская астрофизика»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М2.В.ДВ.7
теоретической и экспериментальной физики
Разработчик:
Молочков А.В.
Лист 7 из 10
III. КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА
Вопросы к экзамену:
1. Космологический принцип. Расширение Вселенной. Метрика
Фридмана-Робертсона-Уокера. Красное смещение. Закон Хаббла.
2. Уравнение Фридмана. Возраст Вселенной. Космологический
горизонт. Уравнения состояния.
3.
Ранние
стадии
эволюции
Вселенной.
Планковская
эра.
Инфляционная модель. Стадии доминирования излучения и вещества.
4. Космологическая модель с темной материей и темной энергией.
Современный состав Вселенной. Общие свойства эволюции Вселенной.
Ускоренное расширение Вселенной.
5. Рекомбинация. Температура рекомбинации. Реликтовое излучение и
его асимметрия. Образование структуры во Вселенной.
6. Реликтовые нейтрино. Космологические ограничения на массу
нейтрино. Стерильные нейтрино.
7.
Первичный
нуклеосинтез.
Начало
нуклеосинтеза.
Горение
нейтронов. Горение дейтерия. Звездытретьего поколения.
8. Темная материя. Холодная, горячая и теплая темная материя.
Слабовзаимодействующие массивные частицы (WIMP). Кандидаты на роль в
темную материю. Нейтралино, снейтрино, гравитино, другие кандидаты.
9. Генерация барионной асимметрии. Необходимые условия генерации
асимметрии.
10. Классификация галактик. Особенности структуры галактик разных
морфологических типов. Содержание газа и звездообразование в галактиках.
11. Размеры, светимость, скорость вращения и масса галактик,
принципы их оценок. Проблема существования темного гало. Карликовые
галактики, наблюдаемые особенности.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Релятивистская астрофизика»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М2.В.ДВ.7
теоретической и экспериментальной физики
Разработчик:
Молочков А.В.
Лист 8 из 10
12. Черные дыры во Вселенной. ОТО и физика черных дыр. Данные
наблюдений и методы поиска. Сверхмассивные черные дыры и черные
дырыпромежуточных масс. Механизмы формирования и эволюции.
13.
Группы
и
скопления
галактик.
Сверхскопления
галактик.
Взаимодействующие галактики. Межгалактический газ в системах галактик.
14. Галактики с активными ядрами. Квазары. Представление о
механизмах активности.
15. Радиоизлучение галактик и их ядер. Радиогалактики: мощность
радиоизлучения, структура. Джеты.
16. Шкала расстояний. Крупномасштабное распределение галактик. 17.
Проблема образования галактик. Ожидаемые свойства молодых галактик.
Галактики на больших красных смещениях.
18.
Строение
Спиральная
Галактики.
структура
Звездные
Галактики,
населения
наблюдаемые
и
подсистемы.
проявления.
Ядро
Галактики.
19. Звездные скопления и ассоциации. Диаграммы «цвет–звездная
величина».
20. Звездная кинематика. Движение Солнца относительно звезд.
Вращение Галактики. Связь кинематических свойств с пространственным
распределением объектов.
IV. ТЕМАТИКА И ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ И РЕФЕРАТОВ
Курсовые работы не предусмотрены рабочим учебным планом.
V. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1. В.С. Бескин. Гравитация и астрофизика. – М.: Физический институт
им. Лебедева РАН. 2007. 137 –с. - http://bib.tiera.ru/b/103510
Разработчик:
Молочков А.В.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Релятивистская астрофизика»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М2.В.ДВ.7
теоретической и экспериментальной физики
Лист 9 из 10
2. С. Хокинг. Краткая история времени. От большого взрыва до
черных дыр. – СПб.: Амформа. 2003. 213 с. - http://bib.tiera.ru/b/108814
3. Космофизический
практикум
/
Руководители
проекта
М.И.
Панасюк и В.В. Радченко. Редактор А.С. Ковтюх.-− М.: Издательство УНЦ
ДО, 2005. - 181 с. - http://window.edu.ru/resource/660/74660
4. Розман Г.А. Теория относительности. - Псков: ПГПУ, 2005. - 256 с.
- http://window.edu.ru/resource/176/22176
5. Балакин
А.Б.
Введение
в
релятивистскую
электродинамику
сплошных сред: Учебно-методическое пособие к курсу "Специальная теория
относительности". - Казань: Казанский государственный университет, 2010. 70 с. - http://window.edu.ru/resource/709/69709
6. Бутиков Е.И. Релятивистские представления в курсе общей физики:
Учебное
пособие.
-
СПб.:
СПбГУ,
2006.
-
95
с.
-
http://window.edu.ru/resource/584/37584
Дополнительная литература
1. В.В. Соболев. Теоретическая астрофизика – М.: Наука, 1967. 528 с.
2. Л.М. Озерной, О.Ф. Прилуцкий, И.Л. Розенталь. Астрофизика
высоких энергий – М: Атомиздат, 1973, 246 с.
3. Я.Б. Зельдович, И.Д. Новиков. Теория тяготения и эволюция звёзд. –
М.: Наука, 1971. 484 с.
4. Л.Д. Ландау, Е.М. Лифшиц. Теория поля- М.: Наука, 504 с.
5. Я.Б. Зельдович, И.Д.Новиков. Строение и эволюция Вселенной.
– М.: Наука, 1975. 735 с.
6. А.Д. Долгов, Я.Б. Зельдович, М.В. Сажин. Космология ранней
Вселенной – М.: Изд. Моск. Ун-та, 1988, 200 с.
7. С. Вейнберг. Гравитация и космология – М.: Мир, 1975, 696 с.
8. М. Рис, Р. Руффини, Дж. Уилер. Чёрные дыры, гравитационные
волны и космология - М.: Мир, 1977, 376 с.
Разработчик:
Молочков А.В.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «Релятивистская астрофизика»
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр находится на кафедре
М2.В.ДВ.7
теоретической и экспериментальной физики
Лист 10 из 10
9. С. Хокинг, Дж. Эллис. Крупномасштабная структура пространствавремени – М.: Мир, 1977, 432 с.
10.
И.Д. Новиков. Как взорвалась Вселенная – М.: Наука, 1988, 176 с.
11.
М.В. Сажин. Современная космология в популярном изложении
– М.: УРСС, 2002, 238с.