PROGETTO 1: Titolo: Survey del core di M4 con dati dal Telescopio

PROGETTO 1:
Titolo: Survey del core di M4 con dati dal Telescopio spaziale Hubble
Tutor: Luigi Bedin
Sede Amministrativa (in ordine di priorità): OADP - OATE - OABO
Questo progetto e` basato su di un LARGE program approvato al TELESCOPIO SPAZIALE HUBBLE
http://www.stsci.edu/hst/phase2-public/12911.pro
Orbite Allocate: 120 (Tutti i dati sono stati già raccolti)
Questo è un progetto per una borsa di dottorato finanziata da INAF mirata allo sfruttamento scientifico dei
dati raccolti dal telescopio spaziale Hubble (HST) per il LARGE program GO-12911.
Il goal fondamentale del progetto e` di misurare la frazione di stelle binarie con un compagno massiccio
oscuro (buco nero, stella di neutroni, o nana bianca) attraverso il moto oscillatorio astrometrico (cioè, il moto
avanti e indietro attorno al centro di massa, sino a precisioni di 50 micro-arcosecondi) indotto sulla
compagna luminosa, fra le stelle dell'ammasso globulare più vicino al Sole, ovvero M4 (NGC6121).
Rilevare l'oscillazione astrometrica fornirà i periodi e i semi-assi maggiori delle orbite, i quali possono essere
usati per determinare la massa totale del sistema binario e il rapporto di masse fra le due stelle. Le masse
delle compagne luminose possono essere infatti ottenute dalle isocrone teoriche con buona
accuratezza. Queste informazioni saranno poi usate per costruire modelli dinamici dell'ammasso e
caratterizzare le proprietà fondamentali delle binarie primordiali, un ingrediente base per tracciare
l'evoluzione dinamica di un ammasso. Da notare che ne` GAIA (a causa dell'affollamento stellare) ne` JWST
o i sistemi AO/MCAO da terra (a cusa della presenza delle giganti rosse che interferiscono con la misura
astrometrica delle stelle di sequenza principale) saranno in grado di raggiungere gli scopo di questo
progetto HST.Questo progetto, condotto da un team internazionale che coinvolge otto istituzioni di quattro
paesi: Italia, UK, USA, Australia, e` uno dei soli tre "large" program HST mai approvati , guidati
da un ricercatore affiliato ad una istituzione italiana. Tutti i dati HST sono già stati raccolti (= rischio nullo di
non avere i dati), e le nostre tecniche astrometriche sono recentemente migliorate ulteriormente (inizio
2016).
Questa importante e tempestiva investigazione darà la possibilità ad un giovane astronomo di acquisire una
formazione sulle tecniche astrometriche e fotometriche da spazio, che sono lo stato dell'arte a livello
mondiale.
PROGETTO 2
Titolo: Modelli di atmosfere di Super Terre per l’interpretazione dei risultati delle future missioni spaziali
JWST, PLATO e ARIEL
Tutor: R. Claudi
La frontiera nella ricerca sui pianeti extrasolari e’ passata dalla scoperta pionieristica degli exopianeti con
tecniche sempre piu’ nuove alla caratterizzazione delle proprieta’ dei pianeti scoperti. L’enorme diversità dei
corpi scoperti fino ad ora (super Giovi, mini Nettuni e super Terre) ha così impresso un’accelerazione alla
preparazione di tecniche atte all’interpretazione dei dati necessari per la loro caratterizzazione fisica con
particolare riguardo all’interpretazione dei dati atmosferici. Lo studio delle atmosfere dei pianeti extrasolari
sarà la chiave di volta per capirne la natura e la loro disponibilità ad ospitare la vita esistita o esistente.
Infatti, al contrario dei corpi del Sistema Solare che possono essere esplorati in situ con missioni ad hoc, i
pianeti extrasolari possono essere studiati solo remotamente e la disponibilità di modelli di atmosfere di
questi nuovi tipi di pianeti saranno strategici per l’interpretazione dei dati.
Il progetto proposto si inserisce nell’ambito dei programmi sullo studio delle atmosfere planetarie con
l’intento di introdurre processi climatici, fotochimici e biologici per simulare Super Terre Calde e/o nelle zone
abitabili di stelle M. Il progetto, che si fonda sui grandi progetti in cui INAF e’ coinvolto (Gaps, Plato, etc), si
propone di determinare una griglia di modelli atmosferici ottenuti con diverse condizioni ambientali
(irradiazione stellare, massa del pianeta e sua distanza dalla stella ospite) atti alla interpretazione dei risultati
delle prossime missioni spaziali come JWST, PLATO e ARIEL.
PROGETTO 3
Titolo: La rivoluzione di VLTMUSE nello studio della struttura interna dei barioni e della materia oscura degli
ammassi di galassie massicci, a redshift intermedi.
Tutor: A. Mercurio, P. Rosati
L'avvento dello spettrografo “integral field” MUSE al VLT (campo di vista di 1 arcmin 2 , 0.2 secondi d'arco /
pix, R ~ 3000) ha rivoluzionato, in sinergia con HST, lo studio della parte centrale degli ammassi, in
particolare degli ammassi massicci che agiscono come lenti gravitazionali ( gravitational lenses ), e ha
permesso un grande balzo in avanti:
1) nello studio delle proprietà cinematiche e delle popolazione stellari delle galassie di ammasso, così come
di quelle a redshift maggiore, magnificate proprio dall’ammasso;
2) nell'indagine della distribuzione di materia oscura (DM) con modelli di strong lensing ad alta precisione,
grazie all'identificazione spettroscopica di un numero di immagini lensate multiple senza precedenti (si veda,
ad esempio, il successo avuto nel predire la ricomparsa della supernovae lensata Refsdal nell’ammasso
MACS1149 descritto in Grillo et al. 2016). I profili di massa degli aloni di materia oscura nelle regioni piu’
interne possono essere utilizzati per verificare la natura non interagente delle particelle di DM.
Recentemente, abbiamo iniziato una riduzione sistematica di dati MUSE proprietari e di archivio, e già
completato la riduzione per ~10 ammassi con redshift nell’intervallo 0.20.8,tra cui anche 3 ammassi dal
programma Hubble Frontier Fields.
Il progetto di dottorato proposto sarà finalizzato a sfruttare questi dati nell’ambito delle aree di ricerca
sovramenzionate.
PROGETTO 4
Titolo: Studi ad alta sensibilita` di Pulsar Wind Nebulae con CTA e ASTRI Mini-array
Tutor: P. Caraveo, L. Zampieri
Lo sviluppo e la costruzione di array di telescopi Cherenkov, in cui INAF è tecnologicamente coinvolto
attraverso il progetto ASTRI Mini-array, apre nuove opportunità per lo studio delle sorgenti gamma di
altissima energia. Tra gli obiettivi scientifici del futuro Cherenkov Telescope Array (CTA) c'è una survey del
piano Galattico che fornirà un censimento completo delle popolazioni di sorgenti Galattiche gamma di
altissima energia e consentirà di identificare un insieme di targets promettenti per le osservazioni di followup. Le Pulsar Wind Nebulae (PWNe), insieme con i Resti di Supernova, sono tra le sorgenti più numerose
che saranno identificate ed esaminate. CTA e il Mini-array ASTRI consentiranno di effettuare studi ad alta
sensibilità e senza precedenti di queste classi di oggetti. Questa indagine ha l'obiettivo finale di condurci
significativamente più vicini alla comprensione dell'origine dei raggi cosmici. Il progetto di dottorato proposto
è incentrato sulle prospettive per lo studio delle PWNe con CTA ed il mini-array ASTRI, con l'obiettivo di
migliorare la nostra conoscenza delle emissioni gamma di altissima energia di queste sorgenti e di
ottimizzare le tecniche per la riduzione e l'analisi dati di sorgenti estese con strumentazione Cherenkov
attuale e futura. Si prevede di utilizzare anche i dati disponibili del satellite Fermi per integrare le informazioni
ottenute nella banda gamma di altissima energia e per ricavare estrapolazioni utili da una banda energetica
contigua.
PROGETTO 5
Titolo: “Trasferimento radiativo e misure di laboratorio di atmosfere planetarie otticamente spesse: dai corpi
del sistema solare verso i pianeti extrasolari”
Tutor: G. Piccioni
Sede di lavoro (con una certa flessibilità per il candidato):
- INAF-IAPS, Roma (principalmente)
- Università di Padova
L'indagine dei dati telerilevati nel campo spettrale del visibile ed infrarosso si è notevolmente sviluppata negli
ultimi anni, anche grazie alle missioni spaziali che hanno fornito e forniscono molti dati provenienti da diversi
corpi del sistema solare. Ad esempio Venere da Venus Express, Marte da Mars Express, Saturno da
Cassini, Giove da Galileo e presto anche da Juno, ecc ...
Gli algoritmi di rilassamento, robusti ma limitati nello scopo, si sono spostati gradualmente verso le
procedure di tipo bayesiano, in grado di caratterizzare completamente i parametri da estrarre, quale il
numero di gradi indipendenti di informazione o la covarianza sugli errori quantitativi e quindi di ottenere una
comprensione realistica della bontà dei risultati. Con questi potenti strumenti, i limiti delle nostre capacità di
modellizzazione sono diventati più evidenti, richiedendo misure dedicate delle proprietà dei gas in
laboratorio. In particolare, il metodo è in parte ostacolato dalla incompletezza delle banche dati delle righe di
assorbimento dei gas di specie chiave come il vapore acqueo ed il metano, oppure per fenomeni come
l'assorbimento di collisione indotta o il cosiddetto line-mixing. Un ulteriore aspetto è il contributo degli
aerosols che deve essere incluso necessariamente nel processo di recupero.
Un caso particolare è l'analisi delle osservazioni in geometria limb, i.e .: osservazioni delle atmosfere ad
angoli di emissione molto elevati (> 90 °). Queste modalità permettono di effettuare uno studio verticale
dettagliato dell'atmosfera nei pianeti del sistema solare e relativi satelliti ma è ovviamente importante per
studiare spettroscopicamente il transito degli esopianeti, un efficace - se non unico – modo per identificare la
loro composizione atmosferica e le condizioni fisiche, importante anche per l'abitabilità.
La ricerca di questo dottorato si propone di affrontare in modo sistematico la questione dell’ analisi delle
osservazioni planetarie in modalità limb nel campo di lunghezza d’onda visibile ed infrarosso per condizioni
atmosferiche otticamente spesse (τ>1) e con particolare attenzione al trattamento dello scattering.
La scienza planetaria guadagna un particolare beneficio da queste indagini: uno studio comparativo sui
nostri corpi del sistema solare ci permette da un lato di perfezionare i modelli teorici per migliorare il grado di
confidenza sulle previsioni climatiche e di evoluzione e dall’altro rimane il paradigma fondamentale per
comprendere la natura e le proprietà dei pianeti extrasolari.