Astrofisica e Fisica Astroparticellare
presso
il Dipartimento di Fisica dell’Università di
Ferrara
Filippo Frontera
Meeting INAF
Bologna 7/01/2004
Sommario
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Attività di formazione
Attività scientifica
Collaborazioni
Conclusioni
Corsi di laurea di I livello
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Fisica e Astrofisica
Meteorologia e Ambiente
Tecnologie Fisiche Innovative
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Tre insegnamenti specifici di astrofisica:
a) Elementi di Astrofisica
b) Misure Astronomiche
c) Misure Astrofisiche
Corsi integrativi tenuti da ricercatori IASF Bologna
Collaborazione dell’OA Bologna per esercitazioni al
telescopio di Loiano
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Corso di Laurea Specialistica
• Fisica con 8 indirizzi, tra cui Astrofisica e Fisica dello
Spazio
• Insegnamenti specifici di Astrofisica:
a) Fondamenti di Astronomia
b) Astrofisica nucleare e subnucleare
c) Stelle, Galassie e Mezzo Interstellare
d) Osservazioni di raggi X e gamma celesti
e) Osservazioni Radio-Ottiche
f) Astrofisica Alte Energie
g) Cosmologia
Dottorato di ricerca in Fisica
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10 curricula di cui due di orientamento astrofisico:
a) Astrofisica
b) Fisica astro-particellare
Attività formativa in Astrofisica:
a) attività di ricerca per preparazione della tesi
b) seminari settimanali;
c) Corsi attivati esplicitamente per il dottorato
(A/A 2003-04: C. Broggini: Metodi sperimentali di astrofisica
nucleare; V. Castellani: Evoluzione stellare e fisica nucleare; A.
Dolgov: Cosmology and particle physics; P. Fortini: Metodi di
rivelazione di onde gravitazionali).
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Collaborazione di vari Istituzioni Scientifiche, tra cui
IASF Bologna.
Ricerca di orientamento astrofisico
• Astrofisica nucleare e subnucleare (attività
principalmente teorica)
• Ricerca Onde Gravitazionali (attività teorica in
collaborazione con Gruppo AURIGA, LNL)
• Astrofisica delle Alte Energie (attività
sperimentale, osservativa, analisi dati e
interpretazione)
Gruppo di Astrofisica Nucleare e
Subnucleare
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Gianni Fiorentini
Vittorio Castellani
Alexander Dolgov
Alessandro Drago
Barbara Ricci
Francesco Villante
Fabio Mantovani
Prof. ord.
(Coordinatore)
Prof. a contratto
Dir. Ricerca INFN
Ric. Univ.
Ric. Univ.
Ric. Univ.
Dottorando
Collaborazioni con Mosca (ITEP), Princeton (IAS),
Zurich (ETH), Paris VI, CERN, Bochum, Lab. Gran
Sasso, L’Aquila, Cagliari, Siena, Torino…
Astrofisica Nucleare: il progetto LUNA
•G. Fiorentini ha proposto la
realizzazione di un acceleratore nel
laboratorio del Gran Sasso, per lo studio
di reazioni nucleari alle energie di
interesse astrofisico.
•Il progetto LUNA, realizzato dall’INFN, ha
effettuato misure di 3He+3He  4He +2p
direttamente alle energie di combustione
nel sole.
•Nel dicembre 2003 e’ stata misurata la
reazione chiave del ciclo CNO,
p+14N15O+g e se ne sono studiate le
implicazioni sui neutrini solari e sull’eta’
degli ammassi globulari.
•E’ allo studio la possibilita’ di effettuare
nuove misure della 12C+a 16O+ g
Materia nucleare, materia a quarks e GRB
• A. Drago, in collaborazione, studia:
a) le equazioni di stato per materia nucleare e la
transizione a “quark matter “ ad alte densità.
b) la possibilità che i GRB siano il risultato di una
transizione ritardata a una fase di quark deconfinati
(alternativa al collasso NSBH previsto nel modello
“supranova” per GRBs, Vietri e Stella 1998).
• Tra i lavori più recenti:
"Gamma Ray Bursts from Delayed Quark from
Deconfinement Phase Transition in Neutron Stars,
Nucl.Phys. 113, 268-274 (2002).
“ Gamma Ray Bursts from Delayed Collapse of Neutron
Stars to Quark Matter Stars, ApJ, 586, 1250 (2003)
Neutrini in Fisica e Astrofisica
I gruppi di Fiorentini e Castellani si occupano da lungo tempo di
neutrini solari e del problema –adesso risolto – delle oscillazioni.
• Si e’ adesso in nuova fase del
neutrino, in cui questo può essere
usato come sonda degli interni
stellari.
• Dai dati di esperimenti con neutrini
G.F. et al. hanno determinato
(osservativamente) la temperatura
nel centro del sole
T= (15.7 ± 0.1) 106 K
• Recentemente si e’ studiato il fondo
galattico e cosmico dei neutrini
termonucleari.
Neutrini in Cosmologia
Dolgov e Villante sono particolarmente attivi nello studio dei
neutrini in cosmologia, con particolare riguardo al loro ruolo nella
nucleosintesi primordiale e nelle fasi precedenti a questa:
• Limiti cosmologici su massa
e numero di neutrini
• Possibilità di neutrini
instabili.
• Leptogenesi e bariogenesi
• Neutrini e radiazione
cosmica a microonde.
• Review di Dolgov su
Physics Reports 2002
Pianeti extrasolari e
asterosismologia
Laws et al. Astro-ph/0302111
Z=0.016
• Le stelle intorno alle quali
sono osservati pianeti
presentano un eccesso di
metallicita’.
• Fiorentini e Ricci studiano la
possibilita’ di determinare
con metodi di
asterosismologia la
metallicita’ interna delle
stelle che ospitano sistemi
planetari.
• Questo al fine di capire se
l’eccesso di metallicita’
osservato in superficie
possa essere dovuto a
impatti di planetesimi nella
fase di formazione del
sistema planetario
Fe/H
Z=0.02
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Ricerca Onde Gravitazionali
• P. L. Fortini (Prof. Ass.) si occupa di problematiche
teoriche legate alla ricerca di segnali gravitazionali da
oggetti celesti.
• Attività svolta in stretta collaborazione con Gruppo
“Auriga” (Resp. M. Cerdonio), presso Laboratori
Nazionali di Legnaro dell’INFN.
• Lavori recenti:
a) ricerca di segnale gravitazionale da GRBs nei dati
dell’antenna Auriga (Class.Quant.Grav. 19, 1367-1375
(2002)
b) Modello di emissione di onde gravitazionali da BH che
sta per essere fagocitata da super-BH (106-107 M‫)סּ‬.
Gruppo Astrofisica Alte Energie
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P. De Chiara
R. Farinelli
F. Frontera
C. Guidorzi
G. Loffredo
E. Montanari
D. Pellicciotta
A. Pisa
Ric. Univ.
Post Doc
Prof. Ord. (Coordinatore)
Post Doc
Dottorando
Post Doc
Dottorando
Dottorando
• Servizi (Meccanica, Informatica, Elettronica)
Collaborazioni
• IASF Bologna
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IASF Roma, Milano, Palermo,
OAR Monte Porzio; OAB Merate;
Scuola Normale Superiore di Pisa;
DSRI Copenaghen;
ESRF e ILL Grenoble
University of California Berkeley
CALTECH
Rice University
Università di Dublino
Partecipazione al Progetto di Network Europeo NADRASS
(Network on ADvanced Radiation Sensing in Space), PI: R.
Battiston;
• Accordo di Cooperazione triennale con Accademia delle
Scienze Cinesi in “X-ray astronomy and Related Fields” approvato
da Ministero Affari Esteri (scad. 2005).
AAE a Ferrara: progetti passati, correnti
•BeppoSAX:
a) PI-ship PDS e GRBM condivisa con IASF-Bologna;
b) Attività: test di prototipi, calibrazioni pre-lancio, codice MC per
matrice di risposta PDS, contributo a sviluppo MC per GRBM,
finalizzazione e collaudo matrice di risposta GRBM. Sviluppo S/W
per identificazione e allerta automatico GRBs. Analisi dati.
• INTEGRAL:
a) Co-I ship JEM-X;
b) Attività: sviluppo e collaudo
collimatori di campo, sviluppo
facility X per calibrazioni di Terra di
JEM-X; campagna di calibrazioni
JEM-X. Misure trasparenza
supporto maschera codificata di IBIS.
Sviluppo S/W per analisi dati JEMX.
AAE a Ferrara: R&D
• “Sviluppo di ottiche per
raggi X duri (>60 keV)
con cristalli a mosaico”
a) Attività iniziata nei primi
anni ’90 (e.g., De Chiara &
Frontera 1992, Frontera &
Pareschi 1995) interrotta
durante quasi tutta la vita
operativa di BeppoSAX,
ripresa nel 2001.
b) Sviluppo di importanza
strategica per future missioni;
c) Finanziamento ASI (2001:
82. 6 K€; 2002: 220.3 K€,
Premio Cartesio: 50 K €
d) Partecipanti: IASF
Bologna; OAB Merate, ESRF
Grenoble, DSRI Copenaghen,
ILL Grenoble.
Cyg X-1, soft state
Stato dell’arte ottiche X duri con cristalli a
mosaico
Cu (111) reflectivity curve
• Studio di fattibilità lente
di Laue (60-200 keV) in
corso;
• Campioni di cristalli a
mosaico sviluppati presso
ILL Grenoble (Cu [111]) e
Optigraph Mosca (HOPG
[002])
• Test campioni alla
Facility X di Ferrara;
• Progetto meccanico di
prototipo lente: in corso
(IASF Bo).
AAE a Ferrara: Facility X duri (≤400 keV)
un’opportunità per la Comunità Astrofisica Nazionale
• Primo nucleo di facility: primi
anni ’90 per il progetto SAX ;
• Primi sviluppi per “Sviluppo
tecniche di focalizzazione
raggi X duri per astronomia
spaziale” ;
• Upgrading: per la calibrazione
INTEGRAL/JEM-X;
• Progetto di estensione
facility (LARIX) in corso
• Obiettivo: calibrazione di
ottiche e rivelatori X duri;
• Finanziamenti per
estensione: finora UNIFE e
INFN.
• Richiesta all’ASI: pending.
Progetto LARIX
• Beam line di 100 m
• Due grandi sale sperimentali, in una delle quali
alloggiare le sorgenti, nell’altra l’ottica (o strumento)
da testare;
• Banda di lavoro: raggi X duri fino a 400 keV
AAE a Ferrara: studio GRBs
• Partecipazione alle maggiori
scoperte fatte con BeppoSAX sui
GRBs (Premio B. Rossi 1998,
Premio Cartesio 2002)
• Studi correnti di GRBs rivelati con
BeppoSAX (finanziamento COFIN,
ASI 2002):
a) Catalogo GRBs
b) Evoluzione spettrale GRBs
osservati con GRBM e WFCs;
c) Studio GRBs brevi (<1s);
d) Ricerca di correlazioni tra
luminosità osservabili;
e) Variabilità erratica GRBs.
• Collaborazione a Core Program
INTEGRAL su GRBs.
• Partecipazione a Progetto ASI su
Modellistica AAE (GRBs)
Frontera et al., submitted ApJ
Guidorzi et al., in preparation
AAE a Ferrara: studio Oggetti Compatti
• Studio di Oggetti Compatti con
BeppoSAX, INTEGRAL
(finanziamento COFIN, ASI):
a) Studio delle proprietà
spettrali e temporali emissione
gamma da SGRs (es., Guidorzi
et al. 2004, A&A in press);
b) NS con basso B in LMXBs:
ricerca di componenti di alta
energia; test di modelli
unificati BHC/NS.
c) BHC transienti in LMXBs:
studio proprietà spettrali e
temporali vs. Luminosità,
Montanari et al. 2004
Farinelli et al. 2003
CONCLUSIONI
• Dal Dipartimento di Fisica Ferrara:
a) impegno rilevante per la formazione in campo astrofisico;
b) un significativo spazio alla ricerca astrofisica.
• Questo atteggiamento non è solo di Ferrara e mostra il ruolo
strategico della ricerca astrofisica, che si affianca a quella di
Fisica delle Alte Energie e di Fisica della Materia.
• La collaborazione Dipartimenti Universitari – INAF è sinergica
per far crescere la ricerca astrofisica nazionale (esperienza INFN
insegna);
• Ci si aspetta che il nuovo INAF tenga conto di questa realtà e che
coinvolga i Dipartimenti impegnati in astrofisica attraverso:
a) Associatura a pieno titolo dei Prof. Universitari impegnati in
ricerca astrofisica, indipendentemente dal raggruppamento
disciplinare di cui fanno parte per ragioni didattiche;
b) Costituzione di Unità Operative INAF (anche piccole)
all’interno dei Dipartimenti interessati.
FINE presentazione
Prospettive
• Partecipazione a possibili future missioni nazionali in
AAE;
• Partecipazione a missione LOBSTER-ISS (contributo
già dato per studio di fase A di GRBM avanzato in
collaborazione con IASF Bologna);
• Sfruttamento dati pubblici missione SWIFT per studio
GRBs (collaborazione italiana);
• Cooperazione con Accademia delle Scienze Cinesi per
per survey del cielo X a 100 keV (HXMT).