Filippo Frontera Meeting INAF Bologna 7/01/2004

1. Astrofisica e Fisica Astroparticellare presso il Dipartimento di Fisica dell’Università di Ferrara Filippo Frontera Meeting INAF Bologna 7/01/2004

2. Sommario • Attività di formazione • Attività scientifica • Collaborazioni • Conclusioni

3. Corsi di laurea di I livello • Fisica e Astrofisica • Meteorologia e Ambiente • Tecnologie Fisiche Innovative • Tre insegnamenti specifici di astrofisica: a) Elementi di Astrofisica b) Misure Astronomiche c) Misure Astrofisiche • Corsi integrativi tenuti da ricercatori IASF Bologna • Collaborazionedell’OA Bologna per esercitazioni al telescopio di Loiano

4. Corso di Laurea Specialistica • Fisica con 8 indirizzi, tra cui Astrofisica e Fisica dello Spazio • Insegnamenti specifici di Astrofisica: • Fondamenti di Astronomia • Astrofisica nucleare e subnucleare • Stelle, Galassie e Mezzo Interstellare • Osservazioni di raggi X e gamma celesti • Osservazioni Radio-Ottiche • Astrofisica Alte Energie • Cosmologia

5. Dottorato di ricerca in Fisica • 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). • Collaborazione di vari Istituzioni Scientifiche, tra cui IASF Bologna.

6. 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)

7. Gruppo di Astrofisica Nucleare e Subnucleare • Gianni Fiorentini Prof. ord. (Coordinatore) • Vittorio Castellani Prof. a contratto • Alexander Dolgov Dir. Ricerca INFN • Alessandro Drago Ric. Univ. • Barbara Ricci Ric. Univ. • Francesco Villante Ric. Univ. • Fabio Mantovani Dottorando Collaborazioni con Mosca (ITEP), Princeton (IAS), Zurich (ETH), Paris VI, CERN, Bochum, Lab. Gran Sasso, L’Aquila, Cagliari, Siena, Torino…

8. 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

9. Materia nucleare, materia a quarks e GRB • A. Drago, in collaborazione, studia: • 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)

10. 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.

11. 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

12. Laws et al. Astro-ph/0302111 Z=0.024 Z=0.016 Fe/H Pianeti extrasolari e asterosismologia • 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 • .

13. 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 Mסּ).

14. Gruppo Astrofisica Alte Energie • P. De Chiara Ric. Univ. • R. Farinelli Post Doc • F. Frontera Prof. Ord. (Coordinatore) • C. Guidorzi Post Doc • G. Loffredo Dottorando • E. Montanari Post Doc • D. Pellicciotta Dottorando • A. Pisa Dottorando • Servizi (Meccanica, Informatica, Elettronica)

15. Collaborazioni • IASF Bologna • 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).

16. 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 JEM-X.

17. AAE a Ferrara: R&D Cyg X-1, soft state • “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.

18. 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).

19. 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 estensionefacility (LARIX) in corso • Obiettivo:calibrazione di ottiche e rivelatori X duri; • Finanziamenti per estensione: finora UNIFE e INFN. • Richiesta all’ASI: pending.

20. 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

21. 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

22. 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, Farinelli et al. 2003 Montanari et al. 2004

23. 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.

24. FINE presentazione

25. Prospettive • Partecipazione a possibili future missioni nazionali in AAE; • Partecipazione a missione LOBSTER-ISS (contributo già dato per studio di fase Adi 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).