tesi di tipo teorico - Osservatorio di Arcetri

Proposte di tesi TEORICHE di 1º livello
Laurea Triennale in Fisica e Astrofisica
presso il Dipartimento di Fisica e
Astronomia e l’Osservatorio Astrofisico di
Arcetri (aggiornato al 13/08/2013)
Le tesi qui proposte sono di natura teorica e richiedono la messa a punto di semplici
modelli per l’interpretazione delle osservazioni. Gli articoli riportati a titolo d’esempio
sono quelli in cui è stato svolto un lavoro simile a quello della tesi (che in molti casi sarà
molto semplificato rispetto a quello dell’articolo stesso).
La durata prevista del lavoro è di circa un mese, esclusa la scrittura della tesi.
Titoli proposti (con collegamento alla spiegazione)
➡ L’origine della materia oscura e l’emissione della Crab Nebula
➡ Studio numerico dell'instabilità parametrica nel vento solare in espansione oppure in
plasmi magnetizzati relativistici
➡ Evoluzione chimica delle galassie
➡ Modello di disco di accrescimento applicato ai nuclei galattici attivi
➡ Il Feedback dei BH in accrescimento
➡ L’emissione infrarossa del toro oscurante
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L’origine della materia oscura e l’emissione della Crab Nebula
La recente scoperta di un eccesso di positroni fra i raggi cosmici è stata invocata come
prova dell'esistenza della materia oscura. Tuttavia è noto che le pulsar possono
produrre copiose quantità di positroni. Ciò che non si sa è la quantità precisa. Le uniche
stime disponibili si basano sull'emissione di sincrotrone a frequenze Radio della
Nebulosa del Granchio. Il problema e' che l'intensità dell'emissione non permette di
distinguere fra elettroni e positroni. Solo la polarizzazione circolare consente di farlo.
Esistono alcune misure di polarizzazione che sono state usate per invocare un plasma
ricco di positroni. Tuttavia manca un vero modello qualitativamente corretto, per poter
valutare se tali misure siano o no significative.
Il lavoro di questa "tesina" consisterà nello sviluppare un semplice modello
dell'emissione di sincrotrone di questa nebulosa, che permetta anche di valutarne la
polarizzazione circolare, e stabilire se le stime esistenti sono valide, e l'eccesso di
positroni può essere dovuto alle pulsar, o se invece le misure non sono significative, e
l'eccesso di positroni e' veramente una segnatura della materia oscura. Lo studente dedicherà circa tre settimane allo studio dei processi di radiazione di
sincrotrone, e alle sue caratteristiche di emissione (circa una cinquantina di pagine fra
libri di testo ed articoli). Altre due-tre settimane saranno dedicate allo sviluppo di un
piccolo modellino numerico (una conoscenza basilare di Fortran o C e richiesta), con
cui costruire mappe di polarizzazione, e una-due settimane circa per sviluppare i
risultati. La tesi è innovativa, e l'argomento di particolare interesse in questo momento, e
richiederà un impegno costante da parte dello studente full-time per un periodo di circa
2 mesi. Si dovranno sviluppare dei modelli semplici, tuttavia le equazioni presenti in
letteratura, andranno rielaborate nella loro implementazione numerica.
Testi di riferimento:
per la Teoria della radiazione di sincrotrone: Rybicki & Lightman "Radiative Processes in
Astrophysics", capitoli 3 e 6
per la radiazione polarizzata dalla Nebulosa del Granchio: Wiesemeyer, H.,et al 2011,
A&A, 528, A11
Contatti
Dr. Niccolò Bucciantini ([email protected])
Dr. Luca Del Zanna ([email protected])
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Studio numerico dell'instabilità parametrica nel vento solare in espansione
oppure in plasmi magnetizzati relativistici
I plasmi, gas ionizzati localmente neutri, costituiscono la quasi totalità della materia
barionica dell'universo. La propagazione di onde di Alfven, uno dei modi caratteristici di
un plasma, può essere influenzata in talune circostanze da effetti comprimibili che
portano al decadimento dell'onda madre in un'onda Alfvenica in propagazione opposta
ed in una di tipo sonoro. Questo fenomeno e' spesso invocato nell'ambito del plasma
eliosferico, per spiegare l'evoluzione della turbolenza osservata.
Nel caso del vento solare in espansione lavoro di tesi si propone di studiare l'effetto
dell'espansione del vento solare nel regolare l'instabilità (ci aspettiamo un rallentamento
o una soppressione della crescita), tramite l'uso del codice numerico ECHO per le
equazioni della magnetoidrodinamica (MHD) classica.
Articoli di riferimento:
http://esoads.eso.org/abs/2001A%26A...367..705D
http://esoads.eso.org/abs/2012ASPC..459..196D
Nel caso dei plasmi magnetizzati relativistici si propone di estendere la trattazione
classica, valida nell'ambito della cosiddetta teoria magnetoidrodinamica (MHD), al caso
di un plasma relativistico, ovvero dove le velocità del fluido, del suono, o di Alfven
possano tendere a quella della luce. In MHD relativistica si trova l'estensione della
soluzione esatta per un'onda Alfvenica, ma in letteratura non esiste alcuno studio delle
relative proprietà di stabilita'. I risultati saranno supportati da simulazioni numeriche con
il codice ECHO per la MHD relativistica.
Articoli di riferimento:
http://esoads.eso.org/abs/2001A%26A...367..705D
http://esoads.eso.org/abs/2007A%26A...473...11D
Contatti:
Dr. Luca Del Zanna ([email protected])
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Evoluzione chimica delle galassie
Le abbondanze degli elementi sono importanti traccianti della formazione stellare
passata ovvero del modo in cui si sono formate le stelle in una galassie. Dalle
abbondanze degli elementi è possibile ricavare dei vincoli importanti sull’evoluzione
delle galassie. Scopo della tesi è l’analisi di un semplice modello analitico per
l’evoluzione delle abbondanze degli elementi, tenendo anche conto della perdita o
dell’accrescimento di gas dal mezzo intergalattico. Il modello sarà poi confrontato con
dati osservativi.
Esempi:
Edmunds, 1990, MNRAS, 246, 678
Contatti:
Prof. Alessandro Marconi ([email protected])
Dr. Filippo Mannucci ([email protected])
Dr. Giovanni Cresci ([email protected])
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Modello di disco di accrescimento applicato ai nuclei galattici attivi
L’emissione dei nuclei galattici attivi è dovuta alla radiazione proveniente da un disco di
accrescimento attorno ad un buco nero molto massiccio. Scopo della tesi è l’ analisi di
un modello di disco di accrescimento sulla base del lavoro classico di Shakura &
Sunyaev (1973) e/o una sua applicazione alle distribuzioni spettrali osservate nei nuclei
attivi.
Esempi:
Shakura & Sunyaev, 1973, A&A, 24, 337
Tripp et al. 1994, ApJ, 433, 533
Contatti:
Prof. Alessandro Marconi ([email protected])
Dr. Guido Risaliti ([email protected])
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Il Feedback dei BH in accrescimento
L’esistenza di relazioni molto strette tra la massa dei buchi neri supermassivi e le
galassie ospiti richiede l’esistenza di un meccanismo fisico che possa legare la crescita
dei BH e delle galassie. Si ritiene che tale meccanismo sia il “feedback” (retroazione)
del buco nero in accrescimento sulla galassia ospite, tramite il quale l’energia prodotta
dal buco nero in accrescimento (cioè il nucleo attivo) spazza via il gas nella galassia
ospite bloccando sia la crescita del buco nero stesso che la formazione stellare. Scopo
della tesi è riprodurre un semplice modello analitico di feedback e mostrare come
questo predica l’esistenza delle relazioni tra il buco nero e la galassia ospite.
Esempi:
Silk & Rees, 1998, A&A, 331, L1
King 2003ApJ...596L..27K
King 2005ApJ...635L.121K
Contatti:
Prof. Alessandro Marconi ([email protected])
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L’emissione infrarossa del toro oscurante
Il toro oscurante è un ingrediente fondamentale del modello unificato dei nuclei galattici
attivi. In questa tesi, lo studente analizzerà un modello recente di toro oscurante,
costituto da singole nubi di gas e polvere e ne studierà le proprietà fisiche in relazione
anche al tasso di accrescimento sul buco nero ed alla Broad Line Region (BLR; regione
delle righe larghe).
Esempi:
Elitzur 2008, NewAR, 52, 274
Il Software CLUMPY
Contatti:
Prof. Alessandro Marconi ([email protected])
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