Astrofisica
L'attività svolta in questo settore è in larga misura relativa alla Radioastronomia. In questo campo si richiede la disponibilità di grandi radiotelescopi, dotati di potere risolutore adeguato e di sensibilità necessaria per rivelare brillanze spesso molto deboli.
Al momento attuale le tecniche di osservazione sono di tipo interferometrico. Si va da sistemi convenzionali come il Very Large Array (Socorro, New Mexico), costituito da 27 antenne distribuite su un'area di 27 Km di diametro, alle reti di Interferometria Intercontinentale, in cui si utilizzano radiotelescopi distribuiti su tutta la superficie terrestre. Con tali strumenti si ottengono agevolmente poteri risolutivi che vanno da qualche secondo d'arco a frazioni di millesimo di secondo d'arco.
I problemi tradizionalmente affrontati dal nostro gruppo fanno riferimento alle radiosorgenti extragalattiche associate alle galassie ellittiche (le Radiogalassie) e alle quasar. Si tratta degli oggetti astrofisici più energetici dell'Universo. Essi sono costituiti da plasmoidi che contengono campi magnetici, dell'ordine di alcune decine di microgauss o più , e particelle relativistiche con fattori di Lorenz dell'ordine di 104 o più . L'energia implicata raggiunge valori dell'ordine di 1060 erg, corrispondenti alla annichilazione di una massa un milione volte quella del Sole.
La nostra attività specifica di ricerca è prevalentemente rivolta ai seguenti aspetti:
1) Formazione e collimazione dei getti relativistici che trasportano l'energia che si accumula nel corso del tempo nei lobi radio; energia trasportata e velocità di trasporto.
2) Proprietà fisiche ed evolutive dei lobi radio.
3) Interazione delle radiosorgenti con il mezzo ambiente nel quale si sviluppano i plasmoidi radio.
Grande importanza, per i temi precedenti, riveste anche la selezione di campioni di radiosorgenti appropriati, che vengono effettuati mediante "survey" sistematiche di aree di cielo (4).
Recentemente si è iniziato un nuovo progetto di ricerca (5) relativo allo studio della formazione stellare nelle galassie a spirale, mediante lo studio dell'emissione radio, generata in seguito all'esplosione di stelle di grande massa (Supernovae), di formazione recente. Da confronti con altri metodi, risulta che l'emissione radio è uno dei migliori traccianti della formazione stellare.
Ciascuno dei temi precedenti deve essere affrontato sia dal punto di vista osservativo che da quello teorico-interpretativo.
Al momento attuale le tecniche di osservazione sono di tipo interferometrico. Si va da sistemi convenzionali come il Very Large Array (Socorro, New Mexico), costituito da 27 antenne distribuite su un'area di 27 Km di diametro, alle reti di Interferometria Intercontinentale, in cui si utilizzano radiotelescopi distribuiti su tutta la superficie terrestre. Con tali strumenti si ottengono agevolmente poteri risolutivi che vanno da qualche secondo d'arco a frazioni di millesimo di secondo d'arco.
I problemi tradizionalmente affrontati dal nostro gruppo fanno riferimento alle radiosorgenti extragalattiche associate alle galassie ellittiche (le Radiogalassie) e alle quasar. Si tratta degli oggetti astrofisici più energetici dell'Universo. Essi sono costituiti da plasmoidi che contengono campi magnetici, dell'ordine di alcune decine di microgauss o più , e particelle relativistiche con fattori di Lorenz dell'ordine di 104 o più . L'energia implicata raggiunge valori dell'ordine di 1060 erg, corrispondenti alla annichilazione di una massa un milione volte quella del Sole.
La nostra attività specifica di ricerca è prevalentemente rivolta ai seguenti aspetti:
1) Formazione e collimazione dei getti relativistici che trasportano l'energia che si accumula nel corso del tempo nei lobi radio; energia trasportata e velocità di trasporto.
2) Proprietà fisiche ed evolutive dei lobi radio.
3) Interazione delle radiosorgenti con il mezzo ambiente nel quale si sviluppano i plasmoidi radio.
Grande importanza, per i temi precedenti, riveste anche la selezione di campioni di radiosorgenti appropriati, che vengono effettuati mediante "survey" sistematiche di aree di cielo (4).
Recentemente si è iniziato un nuovo progetto di ricerca (5) relativo allo studio della formazione stellare nelle galassie a spirale, mediante lo studio dell'emissione radio, generata in seguito all'esplosione di stelle di grande massa (Supernovae), di formazione recente. Da confronti con altri metodi, risulta che l'emissione radio è uno dei migliori traccianti della formazione stellare.
Ciascuno dei temi precedenti deve essere affrontato sia dal punto di vista osservativo che da quello teorico-interpretativo.
4.1 Fisica dei getti radio
Personale dell'Università: C. Fanti e R. Fanti
Collaboratori Enti Ricerca: P. Parma e M. Murgia (CNR), W.D. Cotton (NRAO,USA)
Uno dei punti principali di indagine riguarda i processi di perdita di energia e riaccelerazione delle particelle relativistiche. Gli elettroni relativistici trasportati dai getti emettono radiazione di sincrotrone, prevalentemente alle frequenze radio. Mediante osservazioni ad alta risoluzione con il Telescopio Spaziale Hubble (HST) si è trovata anche emissione ottica, dovuta a radiazione di sincrotrone, da due getti radio. Poichè gli elettroni che emettono per sincrotrone nell'ottico hanno vite medie radiative estremamente brevi, ciò richiede l'esistenza di processi molto efficienti di riaccelerazione, quali quelli associati a forti "shock".
Collaboratori Enti Ricerca: P. Parma e M. Murgia (CNR), W.D. Cotton (NRAO,USA)
Uno dei punti principali di indagine riguarda i processi di perdita di energia e riaccelerazione delle particelle relativistiche. Gli elettroni relativistici trasportati dai getti emettono radiazione di sincrotrone, prevalentemente alle frequenze radio. Mediante osservazioni ad alta risoluzione con il Telescopio Spaziale Hubble (HST) si è trovata anche emissione ottica, dovuta a radiazione di sincrotrone, da due getti radio. Poichè gli elettroni che emettono per sincrotrone nell'ottico hanno vite medie radiative estremamente brevi, ciò richiede l'esistenza di processi molto efficienti di riaccelerazione, quali quelli associati a forti "shock".
4.2 Proprietà Fisiche ed Evolutive delle Radiosorgenti
Personale dell'Università: C. Fanti, R. Fanti
Collaboratori Enti di Ricerca: M. Murgia, P. Parma (CNR)
Questi studi fanno riferimento prevalentemente a radiosorgenti in due fasi temporali estreme: a) quelle molto giovani (età inferiori al milione di anni) e, b) quelle molto vecchie (età superiori a 100 milioni di anni). E' stato completato lo studio di un campione di radiosorgenti nella fase "giovane". Dal confronto con campioni completi di radiosorgenti nella fase "vecchia" si sono potute effettuare delle verifiche statistiche sui modelli di evoluzione proposti per tali oggetti. Ne è risultato un buon accordo per scale dal kpc a centinaia di kpc, mentre rimangono ancora molti aspetti da chiarire per le scale inferiori al kpc. Oltre agli studi del tipo precedente, essenzialmente di natura statistica, sono state studiate in grande dettaglio alcune radiosorgenti (come NGC 326 e alcune radiogalassie in ammassi di galassie) utilizzando il VLA, a molte frequenze e con diversi livelli di risoluzione. Si è messo in evidenza che le caratteristiche spettrali della radiazione di sincrotrone sono in buon accordo con i modelli radiativi teorici. Si è inoltre messa in evidenza la necessità di considerare campi magnetici fortemente disomogenei, con strutture filamentari. I risultati saranno in breve tempo oggetto di pubblicazione.
Collaboratori Enti di Ricerca: M. Murgia, P. Parma (CNR)
Questi studi fanno riferimento prevalentemente a radiosorgenti in due fasi temporali estreme: a) quelle molto giovani (età inferiori al milione di anni) e, b) quelle molto vecchie (età superiori a 100 milioni di anni). E' stato completato lo studio di un campione di radiosorgenti nella fase "giovane". Dal confronto con campioni completi di radiosorgenti nella fase "vecchia" si sono potute effettuare delle verifiche statistiche sui modelli di evoluzione proposti per tali oggetti. Ne è risultato un buon accordo per scale dal kpc a centinaia di kpc, mentre rimangono ancora molti aspetti da chiarire per le scale inferiori al kpc. Oltre agli studi del tipo precedente, essenzialmente di natura statistica, sono state studiate in grande dettaglio alcune radiosorgenti (come NGC 326 e alcune radiogalassie in ammassi di galassie) utilizzando il VLA, a molte frequenze e con diversi livelli di risoluzione. Si è messo in evidenza che le caratteristiche spettrali della radiazione di sincrotrone sono in buon accordo con i modelli radiativi teorici. Si è inoltre messa in evidenza la necessità di considerare campi magnetici fortemente disomogenei, con strutture filamentari. I risultati saranno in breve tempo oggetto di pubblicazione.
4.3 Ambiente delle Radiosorgenti
Personale dell'Università: C. Fanti, R. Fanti, L. Gregorini
Collaboratori Enti Ricerca: L. Feretti, M. Murgia R.
L'evoluzione di una radiosorgente è fortemente condizionata dalle proprietà del gas interstellare/intergalattico nel quale essa si sviluppa. è quindi possibile sia utilizzare le radiosorgenti come scandaglio per il mezzo esterno, sia vincolarne i modelli teorici di evoluzione, quando di esso si hanno informazioni dirette. Disomogeneità nella distribuzione del gas producono effetti drammatici sulla simmetria dei lobi radio, in particolare sulle dimensioni che essi raggiungono durante la loro vita. Un esempio particolarmente vistoso è dato dalla radiosorgente 3C99 che è stato oggetto di uno studio molto dettagliato col VLA e il Merlin (U.K.). Un secondo effetto dell'ambiente è il fenomeno della rotazione di Faraday del piano di polarizzazione della radiazione di sincrotrone. L'osservazione di questo effetto permette di studiare il campo magnetico presente nel mezzo esterno alla radiosorgente. Nel corso del 2003 abbiamo studiato tale effetto in un campione di radiosorgenti di dimensioni inferiori a qualche kpc. Il risultato più significato che è emerso chiaramente è che le proprietà del mezzo sono cambiate significativamente dalle epoche corrispondenti a red-shift 2-3 all'epoca attuale.
Collaboratori Enti Ricerca: L. Feretti, M. Murgia R.
L'evoluzione di una radiosorgente è fortemente condizionata dalle proprietà del gas interstellare/intergalattico nel quale essa si sviluppa. è quindi possibile sia utilizzare le radiosorgenti come scandaglio per il mezzo esterno, sia vincolarne i modelli teorici di evoluzione, quando di esso si hanno informazioni dirette. Disomogeneità nella distribuzione del gas producono effetti drammatici sulla simmetria dei lobi radio, in particolare sulle dimensioni che essi raggiungono durante la loro vita. Un esempio particolarmente vistoso è dato dalla radiosorgente 3C99 che è stato oggetto di uno studio molto dettagliato col VLA e il Merlin (U.K.). Un secondo effetto dell'ambiente è il fenomeno della rotazione di Faraday del piano di polarizzazione della radiazione di sincrotrone. L'osservazione di questo effetto permette di studiare il campo magnetico presente nel mezzo esterno alla radiosorgente. Nel corso del 2003 abbiamo studiato tale effetto in un campione di radiosorgenti di dimensioni inferiori a qualche kpc. Il risultato più significato che è emerso chiaramente è che le proprietà del mezzo sono cambiate significativamente dalle epoche corrispondenti a red-shift 2-3 all'epoca attuale.
4.4 Surveys di Radiosorgenti e Cosmologia
Personale dell'Università: L. Gregorini, R. Fanti
Collaboratori Enti di Ricerca: I. Prandoni, P. Parma, P. Vettolani (CNR), H.R. de Ruiter (Oss.Astron. BO)
In tempi recenti è emersa la grande importanza di effettuare "survey" sistematiche di appropriate aree di cielo a livelli di densità di flusso inferiori al milli-Jansky. Infatti a queste densità di flusso una percentuale significativa delle radiosorgenti sono associate a galassie in formazione. Facendo seguito alla survey ATESP, effettuata con l' "Australia Telescope" negli anni passati e che ha permesso di chiarire le modalità osservative più adatte a studiare questa categoria di radiosorgenti, è stata effettuata, con il VLA, una nuova survey a livello del micro-Jy in una regione coperta anche da una survey ottica molto profonda effettuata con il Very Large Telescope (VLT) dell'ESO, di 8 m di diametro. Il lavoro di confronto radio-ottico è tutt'ora in corso. Parallelamente, dal confronto con i cataloghi radio FIRST e NVSS, (VLA), e il catalogo ottico degli oggetti stellari dalla Palomar Sky Survey è stata condotta una ricerca di quasar ad alto red-shift (3.8 - 4.4). Sono stati trovati una decina di oggetti estremamente luminosi, cui devono essere associati Buchi Neri di massa superiore ad un miliardo di masse solari. La loro densità spaziale è molto più elevata di quanto ci si aspettava dai modelli di formazione delle strutture cosmiche.
Collaboratori Enti di Ricerca: I. Prandoni, P. Parma, P. Vettolani (CNR), H.R. de Ruiter (Oss.Astron. BO)
In tempi recenti è emersa la grande importanza di effettuare "survey" sistematiche di appropriate aree di cielo a livelli di densità di flusso inferiori al milli-Jansky. Infatti a queste densità di flusso una percentuale significativa delle radiosorgenti sono associate a galassie in formazione. Facendo seguito alla survey ATESP, effettuata con l' "Australia Telescope" negli anni passati e che ha permesso di chiarire le modalità osservative più adatte a studiare questa categoria di radiosorgenti, è stata effettuata, con il VLA, una nuova survey a livello del micro-Jy in una regione coperta anche da una survey ottica molto profonda effettuata con il Very Large Telescope (VLT) dell'ESO, di 8 m di diametro. Il lavoro di confronto radio-ottico è tutt'ora in corso. Parallelamente, dal confronto con i cataloghi radio FIRST e NVSS, (VLA), e il catalogo ottico degli oggetti stellari dalla Palomar Sky Survey è stata condotta una ricerca di quasar ad alto red-shift (3.8 - 4.4). Sono stati trovati una decina di oggetti estremamente luminosi, cui devono essere associati Buchi Neri di massa superiore ad un miliardo di masse solari. La loro densità spaziale è molto più elevata di quanto ci si aspettava dai modelli di formazione delle strutture cosmiche.
4.5 Emissione Radio e Formazione Stellare
Personale dell'Università: L. Gregorini
Collaboratori Enti di Ricerca: M. Murgia (CNR)
Combinando le immagini nel continuo radio della survey NVSS con le osservazioni in riga della molecola del CO dalla survey del Five College Radio Astronomy Observatory si è studiata la relazione fra il ritmo di formazione stellare e la massa di idrogeno molecolare nel dischi di 180 galassie a spirale. L'efficienza media della formazione stellare, dedotta dai dati radio, corrisponde a convertire il 3.5% del gas molecolare disponibile in stelle su un tempo scala di 108 anni. I risultati sono in corso di pubblicazione.
Collaboratori Enti di Ricerca: M. Murgia (CNR)
Combinando le immagini nel continuo radio della survey NVSS con le osservazioni in riga della molecola del CO dalla survey del Five College Radio Astronomy Observatory si è studiata la relazione fra il ritmo di formazione stellare e la massa di idrogeno molecolare nel dischi di 180 galassie a spirale. L'efficienza media della formazione stellare, dedotta dai dati radio, corrisponde a convertire il 3.5% del gas molecolare disponibile in stelle su un tempo scala di 108 anni. I risultati sono in corso di pubblicazione.