Программа секции астрофизики высоких энергий Летней Космической Школы - 2023

В секции астрофизики высоких энергий будут рассматриваться методы многоканальной астрономии: наблюдения в рентгеновском и гамма диапазонах, гравитационных волнах, нейтрино и космических лучах. Участники секции познакомятся с различными явлениями Вселенной, которые лучше всего подходят для изучения такими комплексными наблюдениями: активные ядра галактик, сверхмассивные черные дыры, вспышки сверхновых, компактные объекты звездной массы и другие экзотические объекты.

Длительность программы: 16 часов занятий в секции (лекции и практика)

Расписание занятий

Расписание занятий секции астрофизики выстких энергий ЛКШ-2023

Программа секции: разработана при участии сотрудников ИКИ и ИНАСАН РАН и делится на лекционную и практическую часть. Лекции будут читать астрономы и астрофизики научных и исследовательских учреждений РАН. Практическая часть будет использовать подход виртуальной обсерватории: участники будут анализировать синтетические данные и работать с данными из открытых баз научных данных. Для этого в программу будет включен базовый курс языка Python и его использования в научных целях, в том числе, для выполнения распределенных облачных вычислений.

Практика: на занятиях секции участники научатся работать с базами научных данных, применять Python для анализа и визуализации данных, попробуют провести моделирование астрофизических явлений с помощью распределенной облачной вычислительной системы, научатся интерпретировать результаты наблюдений нейтринных, гравитационно-волновых и других типов наблюдений.

В сценариях симуляции космического полета в финальной части Школы участники секции астрофизики высоких энергий будут играть ключевую роль: им будет нужно провести условные наблюдения на всех типах телескопов и проанализировать результаты.

Что узнают и чему научатся участники:

1. узнают про методы многоканальной астрономии;
2. ознакомятся с основами Общей теории относительности;
3. научатся методам обработки и анализа астрономических данных с использованием языка программирования Python;
4. познакомятся с типичными объектами изучения астрофизики высоких энергий.

Основные темы

1. Многоканальная астрономия;
2. Релятивистская астрофизика;
3. Методы обработки и анализа астрономических данных.

Программа секции:

1. Многоканальная астрономия
   1. Введение в многоканальную астрономию
      Появление термина, первое наблюдение астрономического события по нескольким физическим каналам: сверхновая 1987 года, нейтринный канал, космические лучи, гравитационные волны, перспективы развития многоканальной астрономии
   2. Гравитационные волны
      Основные источники гравитационных волн, физическая природа явления, современные гравитационно-волновые обсерватории, обзор результатов наблюдений на 2023 год, перспективы наблюдений гравитационных волн космическими аппаратами.
   3. Космические лучи
      История открытия космических лучей. Методы атмосферного и внеатмосферных наблюдений космических лучей. Основные источники космических лучей. Установки для наблюдений космических лучей.
   4. Нейтринная астрономия
      Открытие нейтрино и первые нейтринные детекторы. Открытие солнечных нейтрино. Внесолнечные источники нейтрино. Современные нейтринные обсерватории.
   5. Гамма-астрономия
      Источники гамма-квантов. Детекторы гамма-излучения. Конструкция космических гамма-телескопов. Обзор успехом гамма-астрономии в 21 веке. Перспективы.
2. Релятивистская астрофизика
   1. Введение в специальную теорию относительности
      Релятивистский подход к описанию пространства-времени. Принцип относительности Эйнштейна, преобразования Лоренца. Релятивистское сокращение длинны и замедления времени. Энергия покоя.
   2. Общая теория относительности
      От кривизны пространства-времени до гравитации как геометрии пространства-времени, сравнение с ньютоновской гравитацией, принцип эквивалентности, метрика пространства-времени, решения уравнений Эйнштейна для простых случаев, эффекты общей теории относительности
   3. Релятивистская астрофизика
      События высоких энергий в космосе и релятивистские объекты: черные дыры, нейтронные звезды, сверхновые, гамма-всплески, активные галактические ядра и релятивистские струи
3. Методы обработки и анализа астрономических данных
   1. Свойства астрономических данных
      Статистические свойства наблюдательных данных. Переменность и скважинность. Временные ряды и их анализ. Связь наблюдаемых и физических величин. Пределы обнаружения. Фоновые сигналы и точность измерения.
   2. Python - язык современной науки
      Языки программирования Python и его особенности. Типичные научные задачи для Python. Экосистема и программные пакеты, доступные для Python. Google Colab.
   3. Знакомство с Python
      Понятия языка Python: типы данных, массивы, файлы, переменные и управляющие структуры. Объявление переменных, написание простейших программ. Знакомство с модулями. Знакомство с модулем ЛКШ. Визуализация и интерактивные графики.
   4. Публичные базы астрофизических данных и работа с ними
      Форматы хранения астрофизических данных. Формат FITS. Публичные базы научных данных.