tesi di tipo osservativo - Osservatorio di Arcetri

Proposte di tesi OSSERVATIVE 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 osservativa e richiedono l’analisi di dati 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)
➡ Mappe di massa stellare di galassie locali da immagini ottiche e nel vicino infrarosso
➡ Proprietà fisiche delle galassie nell’universo primordiale (varie possibilità)
➡ Spettroscopia di nuclei galattici attivi e non (varie possibilità)
➡ La misura della massa dei buchi neri supermassivi nei nuclei delle galassie (varie
possibilità)
➡ Le relazioni tra buchi neri e galassie (varie possibilità)
➡ Rotazione e materia oscura nelle galassie: un test per le teorie cosmologiche
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Mappe di massa stellare di galassie locali da immagini ottiche e nel vicino
infrarosso
Motivazione: la massa stellare ricopre un ruolo fondamentale tra i parametri che
caratterizzano le proprietà fisiche delle galassie. Molte delle altre proprietà fisiche delle
galassie per quanto riguarda il loro contenuto stellare (età, arricchimento chimico), la
struttura, l'efficienza di trasformazione del gas in stelle, le proprietà del mezzo
interstellare, etc, sono correlate con la massa stellare. Questo è in parte dovuto
all'effetto che la massa stellare ha sui processi fisici attuali, in parte deriva dal fatto che
la massa stellare presente in una galassia è il risultato della sua storia evolutiva, così
come lo sono altri parametri fisici. Inoltre la massa stellare è una delle proprietà
fondamentali predette dai modelli di evoluzione cosmica delle galassie. In particolare, i
modelli hanno tra le loro previsioni fondamentali la distribuzione in massa stellare delle
galassie (galaxy stellar mass function, GSMF), che dipende dalle assunzioni sui vari
processi fisici coinvolti.
Appare quindi evidente che una stima accurata della massa stellare nelle galassie, che
limiti al minimo gli errori sistematici, sia di fondamentale importanza.
Contesto: il progetto si inserisce nell'ambito del programma "SteMaGE - Towards an
unbiased view of the role of Stellar Mass in Galaxy Evolution" finanziato con fondi
europei FP7. L'obiettivo è la ricalibrazione degli indicatori di massa stellare
normalmente utilizzati, che fanno riferimento a misure fotometriche o spettroscopiche
integrate di galassie confrontate con appropriati modelli di sintesi di popolazione
stellare. L'obiettivo ultimo è quindi la rideterminazione della GSMF dell'universo locale.
Una delle principali incertezze sistematiche si origina dal fatto che diverse regioni
all'interno delle galassie presentano diversi rapporti di massa stellare su luminosità: le
regioni dominate dalle popolazioni stellari più giovani e non oscurate dalla polvere
tendono a dominare la luce e i colori dell'intera galassia a discapito delle regioni
dominate dalle popolazioni più vecchie e/o più oscurate, malgrado queste ultime in molti
casi dominino in termini di massa stellare. Un'analisi spazialmente risolta delle galassie
permette di dare il giusto peso alle diverse regioni e così dare una stima molto più
accurata della massa stellare totale. Il confronto tra stime di massa stellare così
ottenute con quelle derivate da misure non risolte permette quindi di ricalibrare gli
estimatori di massa stellare.
Progetto di tesi: per un campione di una sessantina di galassie vicine (D<20 Mpc) sono
state ottenute immagini ottiche e nel vicino infrarosso (NIR) che permettono una
mappatura risolta della massa stellare. Durante la tesi possono essere svolte le
seguenti attività:
1) riduzione delle immagini ottiche e NIR, con relativa calibrazione e registrazione
relativa;
2) derivazione delle mappe di massa stellare in base alle prescrizioni derivate in un
precedente lavoro (vedi referenza sotto);
3) confronto tra masse da fotometria risolta e non risolta, ed eventualmente per stime
ottenute da diversi modelli. Il numero minimo di galassie su cui si svolgerà l'analisi sarà
indicativamente di 4-5, ma si potrà estendere in caso il lavoro proceda più rapidamente.
Articolo di riferimento:
Zibetti, S., Charlot, S. & Rix, H.-W., "Resolved stellar mass maps of galaxies - I. Method
and implications for global mass estimates", MNRAS, 400, 1181 (http://
adsabs.harvard.edu/abs/2009MNRAS.400.1181Z http://de.arxiv.org/abs/0904.4252)
Contatti:
Dr. Stefano Zibetti ([email protected])
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Proprietà fisiche delle galassie nell’universo primordiale (varie possibilità)
Lo studio dell’evoluzione delle galassie richiede la conoscenza dell’evoluzione
cosmologica delle loro proprietà fisiche, come massa, luminosità, età media delle stelle,
abbondanze degli elementi. Lo scopo di questa tesi è la misura di alcune di queste
proprietà fisiche di galassie nell’universo primordiale analizzando dati ottenuti da vari
osservatori da terra (ESO) e dallo spazio (HST, Spitzer) con modelli fisici già disponibili,
ed eventualmente confrontando i risultati ottenuti con modelli diversi.
Le varie possibilità di lavoro di tesi sono
1) determinazione di massa, età e storia di formazione stellare dall’analisi di dati
fotometrici con modelli di sintesi di popolazioni stellari.
Esempi:
Bolzonella et al. 2000, A&A, 363, 476
Bruzual & Charlot 2003, MNRAS, 344, 1000
The “ZEBRA Software”
2) determinazione delle abbondanze degli elementi in galassie locali e ad alto redshift
utilizzando dati spettroscopici e modelli di fotoionizzazione del gas.
Esempi:
Cresci et al., 2010, Nature, 467, 811
Nagao et al, 2006, A&A, 458, 85
CLOUDY: software per modelli di fotoionizzazione
3) misura delle masse dinamiche in galassie primordiali usando spettri “integral field”
ottenuti con il Very Large Telescope dell’ESO.
Esempi:
Gnerucci et al., 2010, A&A, in press
4) misura delle abbondanze in un campione di galassie locali e costruzione della
relazione tra massa e abbondanze delle galassie
Esempi:
Tremonti et al. 2004, ApJ, 613, 898
Nagao et al, 2006, A&A, 458, 85
Contatti:
Prof. Alessandro Marconi ([email protected])
Dr. Filippo Mannucci ([email protected])
Dr. Giovanni Cresci ([email protected])
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Spettroscopia di nuclei galattici attivi e non (varie possibilità)!
La spettroscopia di sorgenti astronomiche è lo strumento principe per conoscerne le
condizioni fisiche. Dall’analisi degli spettri è possibile misurare i moti all’interno delle
sorgenti, la temperatura e la densità del plasma e le abbondanze degli elementi. Scopo
di questa tesi è la calibrazione e/o l’analisi di spettri a scelta tra quelli ottenuto nella
banda ottica (λ = 0.3-1.0 μm), nella banda infrarossa (λ = 1.0-2.5 μm o 8-10 μm) o nella
banda X (0.5-10 keV) di un nucleo galattico attivo o di una galassia normale. Dallo
spettro calibrato sarà poi possibile misurare la cinematica del gas e/o le sue proprietà
fisiche (temperatura e densità del gas, abbondanze degli elementi, processi di
emissione del continuo) che aiuteranno ad inserire la sorgente in un più ampio contesto
astronomico.
Esempi:
Risaliti et al. 2007, ApJ, 659, L111 (raggi X)
Nardini et al, 2009, MNRAS, 399, 1373 (medio IR)
Nagao et al. 2006, A&A, 447, 157 (ottico/UV)
Neumayer et al., The Messenger, 139, 36 (vicino IR / spettri “integral field”)
Contatti:
Prof. Alessandro Marconi ([email protected])
Dr. Guido Risaliti ([email protected])
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La misura della massa dei buchi neri supermassivi nei nuclei delle galassie (varie
possibilità)
Questa tesi si inserisce in un progetto di ricerca il cui scopo è lo studio delle relazioni
esistenti tra le galassie ed i buchi neri massicci (con massa dell’ordine di 106-1010 M☉)
che si trovano nei loro nuclei. Recentemente, si è scoperto che i buchi neri nucleari
sono elementi fondamentali nel processo di evoluzione di una galassia e lo studio delle
relazioni esistenti tra buchi neri e galassie ospiti consente di capire i meccanismi fisici
che portano a tali relazioni. Scopo di questa tesi è la misura della massa di un buco
nero in una galassia.
Esempi:
Neumayer et al., The Messenger, 139, 36
Macchetto et al. 1997, ApJ, 489, 579
Contatti:
Prof. Alessandro Marconi ([email protected])
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Le relazioni tra buchi neri e galassie (varie possibilità)!!
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Anche questa tesi si inserisce in un progetto di ricerca il cui scopo è lo studio delle
relazioni esistenti tra le galassie ed i buchi neri massicci (con massa dell’ordine di
106-1010 M☉) che si trovano nei loro nuclei. Scopo di questa tesi è la ricerca in
letteratura delle misure della massa dei buchi neri e dei parametri strutturali della
galassia ospite per analizzare in dettaglio le varie relazioni esistenti tra buchi neri e
galassie ospiti.
Esempi:
Sani et al. 2010, MNRAS, in press
Marconi & Hunt 2003, ApJ, 589, L21
Contatti:
Prof. Alessandro Marconi ([email protected])
Dr. Leslie Hunt ([email protected])
Dr. Eleonora Sani ([email protected])
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Rotazione e materia oscura nelle galassie: un test per le teorie cosmologiche
Individuare le componenti di massa “barionica” ed il loro contributo alla rotazione delle
galassie a disco e' uno dei metodi principali per evidenziare la presenza di materia
oscura nel nostro Universo. Data una curva di rotazione lo studente deve ricavare le
caratteristiche dell'alone di materia oscura e confrontare queste con le previsioni di uno
o più modelli cosmologici per la formazione di galassie.
Esempi:
Portinari & Salucci, 2010, A&A, 521, 82
Swaters et al 2009, A&A, 493, 871
Contatti:
Prof. Alessandro Marconi ([email protected])
Dr. Edvige Corbelli ([email protected])