Astrochemia

Wskazane jest wcześniejsze zaliczenie zajęć z Fizyki Kwantowej oraz z Fizyki Atomowej i Molekularnej.

przedmiot obowiązkowy

32h pracy z udziałem nauczyciela - 30h wykład, 2h konsultacji

43h praca indywidualna - przygotowanie się do bieżących zajęć, referatów oraz egzaminu

Łącznie: 75 godz. (3 ECTS)

W1 - zna podstawowe linie widmowe pierwiastków i cząsteczek występujące w ośrodku międzygwiazdowym (K_W01 i K_W03)

W2 – zna złożoność materii ośrodka międzygwiazdowego i zachodzące w nim procesy fizyko-chemiczne (K_W03)

W3 – poznał najnowsze odkrycia astrochemiczne (K_W05)

U1 – potrafi samodzielnie wyszukać literaturę naukową na zadany temat i przeprowadzić dyskusję na temat omawianych badań i ich rezultatów (K_U05, K_U06, K_U07)

U2 – rozumie konieczność badań laboratoryjnych reakcji chemicznych i rozwoju technik obserwacyjnych (K_U04)

K1 – ma świadomość konieczności poznawania najnowszych odkryć w dziedzinie astrochemii (K_K01)

K2 – rozumie ważność nowoczesnych badań w poznawaniu Wszechświata (K_K06)

wykład konwencjonalny połączony z przygotowaniem kilkuminutowych referatów przez studentów

- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład konwersatoryjny

- seminaryjna

Omówiona zostanie historia badań procesów chemicznych w przestrzeni kosmicznej oraz ewolucja fizyko-chemiczna w kosmosie prowadząca od powstania pierwszych pierwiastków do powstawania złożonych cząsteczek. Poprzez własną pracę z fachową literaturą student pozna też najnowsze wyniki badań z kluczowych instrumentów, np. uzyskane interferometrem ALMA.

Kolejne wykłady poświęcone są poszczególnym zagadnieniom:

1) Definicja astrochemii, rys historyczny.

2) Podstawowe prawa i definicje atomowej astrofizyki i spektroskopii, instrumentarium.

3) Procesy atomowe.

4) Produkcja pierwiastków w gwiazdach.

5) Aspekt astrochemiczny różnorodnych środowisk astrofizycznych: mgławic gazowych i obszarów HII, aktywnych jąder galaktyk i kwazarów.

6) Powstawanie złożonych cząsteczek w ośrodku międzygwiazdowym: podejście "bottom-up" i "top-down". Cząsteczki organiczne.

7) Pierwsze pierwiastki - nukleosynteza Wielkiego Wybuchu.

8) Procesy zachodzące na ziarnach pyłu.

9) Powstawanie cząsteczek wody.

10) PAHy, COM-y w przestrzeni międzygwiazdowej.

11) Wybrane najnowsze wyniki symulacji, obliczeń i obserwacji z zakresu astrochemii.

Podręczniki:

A.K. Pradhan, S.N. Nahar (2011) Atomic Astrophysics and Spectroscopy, Cambridge University Press

Publikacje naukowe (prace przeglądowe):

M. De Becker (2013) Astrochemistry: the issue of molecular complexity in astrophysical environments, arXiv:1305.6243v1

E.F. van Dishoeck, E. Herbst, D. A. Neufeld (2013) Interstellar water chemistry: from laboratory to observations, Chemical Review, 113, 9043-9085

E.F. van Dishoeck (2014) Astrochemistry of dust, ice and gas: introduction and overview, Faraday Discussions, arXiv:1411.5280v1

E. Herbst, E.F. van Dishoeck, (2009), Complex organic interstellar molecules, Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 47, 427-80

J.K. Jorgensen, A. Belloche, R.T. Garrod, (2020), Astrochemistry during the formations of stars, Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 58, 1-55

Helge Kragh (2000) The chemistry of the universe: Historical roots of modern cosmochemistry, Annals of Science, 57:4, 353-368, http://dx.doi.org/10.1080/000337900750013499

S. Schlemmer, Th. Giesen, H. Mutschke (2014) Laboratory Astrochemistry: From Molecules through Nanoparticles to Grains, Wiley

A.G.G.M. Tielens (2013) The molecular universe, Reviews of Modern Physics, 85 https://journals.aps.org/rmp/pdf/10.1103/RevModPhys.85.1021

Strony internetowe:

http://www.astrochem.org/

http://www.astrochemistry.eu/

http://astrochymist.org/

http://astropah-news.strw.leidenuniv.nl/download.html

https://wish.strw.leidenuniv.nl/index.php

Przygotowanie i zaprezentowanie trzech 5 minutowych referatów na zadany temat (instrument badawczy, odkrycia astrochemiczne, detekcja cząsteczek organicznych w kosmosie).

Egzamin pisemny - pytania (5-7) z zakresu materiału zaprezentowanego na wykładzie i na podstawie podanej literatury.

Kryterium wystawienia oceny:

zdobycie odpowiedniej liczby punktów z egzaminu:

50% - dostateczny,

60% - dostateczny,

70% - dobry,

80% - dobry plus,

90% - bardzo dobry.

Ocena końcowa to ocena z egzaminu pisemnego z możliwością podwyższenia o stopień w przypadku bardzo dobrego zreferowania trzech zagadnień.

Weryfikacja efektów kształcenia:

Referat sprawdza osiągnięcie efektów: W3, U1, K1, K2

Egzamin sprawdza osiągnięcie efektów: W1, W2, U2

W okresie grudzień 2021 r. - styczeń 2022 r. wykład odbywa się w formie zdalnej, zgodnie z planem zajęć, przy użyciu platformy BigBlueButton: https://hyperion.astro.uni.torun.pl/b/ann-2zh-r9w

Zmiana organizacji kształcenia: https://www.fizyka.umk.pl/wiadomosci/?id=24000