Last update: prof. RNDr. David Vokrouhlický, DrSc. (10.01.2019)
Thermodynamics of gas and radiation, Boltzmann and Saha equation, Einstein coefficients. Interstellar matter, formation and evolution of stars. Optical, infrared and radio observations. Distribution of interstellar matter in the Galaxy, molecular clouds, neutral hydrogen, interstellar dust. Multicomponent model of interstellar gas, the role of supernovae. Collaps of interstellar clouds, shock waves, fragmentation, star formation, open stellar clusters and associations. Early phases of stellar evolution.Origin of planetary systems.Dynamics and chemical evolution of galaxies,galactic population.
Last update: prof. RNDr. David Vokrouhlický, DrSc. (10.01.2019)
Termodynamika plynu a záření, Boltzmannova a Sahova rovnice, Einsteinovy koeficienty.
Mezihvězdná látka, tvoření a vývoj hvězd. Optická, infračervená a rádiová pozorování. Rozložení mezihvězdné látky v Galaxii, molekulová oblaka, neutrální vodík, mezihvězdný prach. Vícesložkový model mezihvězdného plynu, role supernov. Kolaps oblaků, rázové vlny, fragmentace, tvorba hvězd, otevřené hvězdokupy a asociace. Rané fáze vývoje hvězd. Vznik planetárních soustav. Dynamika a chemický vývoj galaxií, hvězdné populace. Pro 4.r. AA.
Literature - Czech
Last update: prof. RNDr. David Vokrouhlický, DrSc. (10.01.2019)
Scheffler H., Elsasser H.: Physics of the Galaxy (kap. 4.-5.), Springer, Heidelberg 1987
Spitzer L.: Physical Processes in the Interstellar Medium, J. Willey and Sons, New York 1978
Whittet D.C.B.: Dust in the Galactic Environment, IoP, Bristol 1992
Harwitt M.: Astrophysical Concepts, J. Willey and Sons, New York 1973
Vanýsek V.: Základy astronomie a astrofyziky, Academia Praha 1980ihvezdném plynu a hvezdných atmosférách.
Teaching methods - Czech
Last update: doc. Mgr. Daniela Korčáková, Ph.D. (24.09.2020)
přednáška
Syllabus -
Last update: doc. Mgr. Daniela Korčáková, Ph.D. (07.06.2019)
1. Formation and properties of spectral lines (D. Korčáková)
Radiative transfer equation (RTE): General form, planparallel form (stellar atmosphere), formal solution of the radiative transfer equation in the planparallel geometry for the elementary cases - vacuum, homogeneous absorbing layer.
Thermodynamic equilibrium: Local thermodynamic equilibrium (LTE), Boltzmann and Saha equation, non-LTE, equation of statistical equilibrium - bound-bound, bound-free and free-free transitions.
Einstein coefficients and Planck law. Classical oscillator approximation, effective cross-sections, oscillator strength - gf, application to hydrogen.
Opacity and emissivity.
Profiles of spectral lines: Natural broadening, pressure broadening, thermal broadening, Voigt profile, observed line profiles.
Radiation transfer and effects influencing the line profile: Microturbulence, macroturbulence. Rotation - stellar rotation (+ limb darkening). Accretion disks. Stellar wind. Magnetic field - Zeeman split. Instrumental profile.
Curve of growth.
2. Interstellar matter in the Galaxy (M. Šolc)
Interstellar dust
Absorption, radiation transfer in absorbing clouds, optical thickness, absorption coefficient, geometric and effective cross-section, column density. Mean free path of photons. Extiction, color index, color excess. Extinction curve, normalized extinction curve. Dark dust clouds, Wolf diagram. Globules. Diffuse interstellar bands, correlation between equivalent width of bands and extinction. Scattering and absorption of light on dust particles, summary of the Mie's theory. Albedo. Thermal emission of dust, Planck law and laws resulting from it - Rayleigh-Jeans law, Wien's law, Wien's displacement law, Stefan-Boltzmann law.
Interstellar polarization. Stokes parameters, Poincaré sphere, scattering matrix, relationship between the degree of linear polarization and the size of dust grains. Orientation of dust particles in magnetic field, Davis-Greenstein mechanism. Reflection nebulae, diffuse galactic light. Galactic magnetic field as source for interstellar polarization.
Interstellar gas
Stationary lines in the spectra of binaries, the discovery of interstellar gas. Ultraviolet absorption, spectral lines of multiply ionized elements. Hydrogen molecule and UV radiation. Radioastronomy - Rayleigh-Jeans law, antena temperature. The flux unit Jansky. Definition of brightness temperature. Spectral index. The difference between thermal and non-thermal radiation.
Neutral hydrogen and its line on 21 cm. Galactic rotation and the distribution of H I - regions. Brightness temperature on 21 cm plotted in galactic coordinates. Zeeman splitting of 21cm-line and galactic magnetic field.
Electrons in interstellar space, Faraday rotation of linearly polarized radiation, dependence on the wavelength, rotation measure. Dispersion measure. Concentration of free electrons along the line of sight.
Scattering of photons by free electrons and by atoms and molecules.
Giant molecular clouds. CO as tracer of hydrogen molecules, mapping of gas content in galaxies.
Radiation field in interstellar space. Concentration of photons; spectrum of dispersed UV, X and gamma radiation. Cosmic rays, energetic spectrum, concentration.
Interstellar molecules - spectra, formation and dissociation, main chemical reactions on grains and in gas, isotopes and fractionation.
H II regions, excitation, ionization, Strömgren radius. IR and radio observations. Example - the Great Nebula in Orion (M42). Metastable energy levels, forbidden transitions. Physical characteristics of H II regions. Free-free transitions in hot interstellar gas and thermal radio continuum.
Circumstellar envelopes of young stars. Planetary nebulae.
Supernova remnants, adiabatic and isothermic expansion, shock waves. Stellar winds, mass loss from star as depending on spectral class and evolution stage.
Heating and cooling of interstellar matter.
3. Star formation (J. Palouš)
Neutral hydrogen H I in the interstellar space
Emission line 21 cm, width and complex profile, interpretation of radial velocities, Aro, kinematic distances and their uncertainties, rotation curves, massive haloes, the total mass of our Galaxy and where to search for the dark matter. Optical depth, Rayleigh-Jeans law, brightness temperature, radiation transfer, column density, distribution in spiral galaxies.
Molecular hydrogen in the interstellar space
Stability of hydrogen molecule, observations of molecule CO, column densities, molecular clouds, sites of star formation, anomal distribution of H I.
Five phases of interstellar gas, the role of supernovae.
Star forming regions. Shock waves and triggering th gravitational collaps of interstellar clouds. Jeans criterion, subsequent fragmentation. Initial mass function, ZAMS. Virial theorem, Helmholtz-Kelvin contraction. Differences between stars of Population I and II. Evolution of stars with different masses.
Last update: doc. Mgr. Daniela Korčáková, Ph.D. (07.06.2019)
1. Formování a vlastnosti spektrálních čar (D. Korčáková)
Rovnice přenosu záření (RPZ): Obecný případ, planparalelní hvězdná atmosféra, řešení RPZ v planparalelní atmosféře pro jednoduché případy, vakuum, homogenní čistě absorpční prostředí.
Termodynamická rovnováha: Lokální termodynamická rovnováha (LTE), Boltzmannova a Sahova rovnice, non-LTE, rovnice statistické rovnováhy - vázaně vázané přechody, vázaně-volné přechody, volně-volné přechody.
Einsteinovy koeficienty a Planckův zákon. Přiblížení pomocí klasického oscilátoru, účinné průřezy, síly oscilátoru - gf, aplikace na vodík.
Opacita a emisivita.
Profily spektrálních čar: Přirozený profil, rozšíření tlakem, tepelné rozšíření, Voigtův profil, skutečně pozorované profily.
Přenos záření a jevy ovlivňující profily čar: Mikroturbulence, makroturbulence. Rotace hvězd (+ okrajové ztemnění). Akreční disk. Hvězdný vítr. Magnetické pole - Zeemanův rozštěp. Přístrojový profil.
Křivka růstu.
2. Mezihvězdná látka v Galaxii (M. Šolc)
Mezihvězdný prach
Oslabení světla absorpcí, rovnice přenosu záření bez přítomnosti emise, optická tloušťka, koeficienty absorpce, geometrický a účinný průřez, sloupcová hustota. Střední volná dráha fotonu a její souvislost s koncentrací absorbátorů a jejich účinným průřezem. Extinkce, barevné indexy, barevný exces. Extinkční křivka a její normování. Temná prachová oblaka. Wolfův diagram. Globule. Difúzní mezihvězdné pásy, korelace jejich mohutnosti s extinkcí. Rozptyl a absorpce záření na prachu, přehled vzorců Mieho teorie. Albedo. Tepelné záření prachu, Planckův zákon a zákony z něho vyplývající - Rayleighův-Jeansův, Wienův, Wienův zákon posunu, Stefanův-Boltzmannův zákon.
Mezihvězdná polarizace. Stokesovy parametry, Poincarého sféra, matice rozptylu, souvislost stupně lineární polarizace s velikostí rozptylujících zrn a vlnovou délkou. Orientace zrn v magnetickém poli, Davisův-Greensteinův efekt. Reflexní mlhoviny, difuzní galaktické světlo. Galaktické magnetické pole - souvislost mezihvězdné polarizace s galaktickým magnetickým polem.
Mezihvězdný plyn
Stacionární absorpční čáry ve spektrech dvojhvězd, objev mezihvězdného plynu. Ultrafialová absorpce, čáry vícekrát ionizovaných plynů. Molekula vodíku v UV oboru. Rádiový obor - Rayleighův-Jeansův zákon, anténní teplota. Jednotka Jansky. Definice jasové teploty. Spektrální index. Rozdíl mezi tepelným a netepelným spektrem.
Neutrální vodík a čára 21 cm. Měření galaktické rotace a rozložení oblastí HI. Rozložení jasové teploty na čáře 21 cm v galaktických souřadnicích. Zeemanův rozštěp čáry 21 cm a galaktické magnetické pole.
Elektrony v mezihvězdném prostoru, Faradayova rotace lineárně polarizovaného rádiového záření a její závislost na vlnové délce, míra rotace. Míra disperze. Určení koncentrace elektronů podél zorné přímky.
Velká molekulární oblaka. Molekula CO jako prostředek pro mapování rozložení chladného plynu v Galaxii.
Zářivé pole v mezihvězdném prostoru. Hustota fotonů a spektrum v UV, X a gama oblasti spektra. Částice kosmického záření, energetické spektrum a hustota. Mikrovlnné zbytkové záření, měření teploty, hustota fotonů.
Mezihvězdné molekuly - spektra molekul, tvorba a disociace molekul, hlavní skupiny chemických reakcí v mezihvězdných podmínkách, izotopické molekuly.
H II oblasti, excitace a ionizace, Strömgrenův poloměr. Infračervená, rádiová pozorování. Příklad - mlhovina M42 v Orionu. Metastabilní hladiny a zakázané přechody. Určení fyzikálních charakteristik HII oblastí. Volně-volné přechody v mezihvězdném plynu a rádiové pozorování tepelného kontinua.
Cirkumstelární obálky mladých hvězd. Planetární mlhoviny.
Zbytky supernov, rázové vlny, adiabatická a izotermická expanze. Hvězdný vítr, rychlost a tempo úniku látky (mass loss) pro hvězdy různých spektrálních typů a v různých vývojových stádiích.
Ohřev a ochlazování mezihvězdného prostředí
3. Tvoření hvězd (J. Palouš)
Atomární vodík HI v mezihvězdním prostoru.
Emisní čára v oblasti 21 cm, její šířka, interpretace radiální rychlosti, ARo, kinematické vzdálenosti a jejich chyby, rotační křivka, velmi hmotné halo, celková hmotnost naší Galaxie, kde se skrývá temná hmota, optická hloubka, Rayleighův - Jeansův zákon, zářivá teplota, rovnice přenosu záření, sloupcová hustota HI, rozdělení HI v naší Galaxii a v blízkých spirálních galaxiích.
Molekulární vodík v mezihvězdném prostoru.
Stabilita molekuly H2, pozorování molekuly CO, sloupcová hustota H2, molekulární oblaka, tvorba hvězd, anomální jevy v rozdělení HI.
Vícesložkový model mezihvězdné látky, role supernov.
Oblasti vzniku hvězd. Rázové vlny a zahájení gravitačního kolapsu oblaků, Jeansovo kritérium, postupná fragmentace. Počáteční funkce hmotnosti, ZAMS. Věta o viriálu, Helmholtzova-Kelvinova kontrakce. Rozdíl chemického složení hvězd populace I a II. Vývoj hvězd s různou hmotností.
