Numerical Techniques for Cosmology and Astrophysics

Periodo di svolgimento
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Info sul corso
Ore del corso
40
Ore dei docenti responsabili
40
Ore di didattica integrativa
0
CFU 6
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Modalità esame

Relazione di seminario

Prerequisiti

Il corso e' consigliato per studenti di laurea magistrale in astrofisica, studenti di PhD in astrofisica, e studenti di PhD in MCMMSF.

La conoscenza pratica di almeno un linguaggio di programmazione (e.g. C, fortran, python, julia, etc.) e' raccomandata. La comprensione del processo cosmico di formazione di strutture e' suggerita ma non obbligatoria, in quanto i relativi concetti di base saranno introdotti durante il corso delle lezioni.

Programma

Argomento del corso e' lo studio dei metodi numerici per la soluzioni di problemi in ambito astrofisico, con particolare riferimento al processo di formazione di galassie su scale cosmologiche. Il corso mira a fornire basi teoriche per l'integrazione numerica delle equazioni del moto di un sistema a N-corpi autogravitante, accoppiato con l'evoluzione dinamica di fluidi astrofisici e della radiazione. Esploreremo varie tecniche numeriche, analizzando i punti di forza e le limitazioni nell'ambito dello stato dell'arte di simulazioni astrofisiche e cosmologiche. Gli algoritmi verranno presentati prestando attenzione alla loro scalabilita, costo ed efficienza, in modo da ottenere una conoscenza pratica nell'utilizzo dei centri di high performance computing.

Notare che un certo numero di lezioni sono dedicate a sessioni hands-on, in modo da siluppare una conoscenza pratica dei vari algoritmi. Inoltre, le ultime lezioni saranno dedicate ad argomenti specializzati, con focus che sara' deciso in concerto con gli studenti.

Obiettivi formativi

  1. sviluppare una conoscenza dell'impianto teorico di base necessario per la modellizazione di problemi di cosmologia ed astrofisica.
  2. acquisire una comprensione teorica e pratica dei metodi numerici per i sistemi a particelle e hydrodinamici soggetti alla forza di gravita'.
  3. ottenere una abilita analisi critica dei pro e contro delle varie tecniche usate in lavori allo stato dell'arte e una conoscenza delle moderne tendenze di high-performance computing.

Riferimenti bibliografici

I riferimenti bibliografici sono specificati sotto e includono una lista di materiale di base e di approfondimento. Referenze a lavori specifici verranno discusse durante le lezioni.

main:

  •   Gnedin, Glover, Klessen, Springel      - Star formation in galaxy evolution: connecting numerical models to reality (2016, Springer)

further readings:

  •   Hockney, Eastwood                             - Computer simulation using particles (1988, IOP Publishing)
  •   Padmanabhan                                     - Structure formation in the Universe (1993, Cambridge University Press)
  •   Press, Teukolsky, Vetterling, Flannery - Numerical recipes: the art of scientific computing (2007, Cambridge University Press)
  •   Toro                                                      - Riemann solvers and numerical methods for fluid dynamics: a practical introduction (2009, Springer)