ICRANet Newsletter

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Ottobre - Novembre 2016

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INDICE
1. Comitato Scientifico ICRANet 2016
2. Il Professor Ruffini, Direttore dell'ICRANet di Pescara, ha visitato la Jiao Tong University di Shanghai, Cina
3. Rinnovo dell'accordo con l'IHEP, Accademia Cinese delle scienze
4. Nuovo accordo di cooperazione: ICRANet - UDESC
5. Laura Becerra, PhD student of ICRANet, si trasferisce a Los Alamos per favorire la cooperazione con la sede di ricerca ICRANet
6. Progetto scuola-lavoro con l'Istituto Galileo Galilei di Pescara
7. Il Professor Rueda ha visitato l'Università Nazionale Kazaka Al-Farabi (KazNU) e l'Instituto di Astrofisica di Fesenkov (FAI) presso Almaty, in Kazakistan
8. Recents publications
9. ICRANet e la classifica mondiale delle Università

1. Comitato Scientifico ICRANet 2016

Dal 28 al 30 novembre, presso la sede ICRANet di Pescara, è stata accolta la riunione annuale del Comitato Scientifico di ICRANet. I risultati scientifici e le pubblicazioni del 2016 delle differenti linee di ricerca sono state discusse con i rappresentanti degli Stati membri e delle Istituzioni riunite a Pescara: Prof. Felix Aharonian (Armena), Carlo Luciano Bianco (ICRA), Prof Professeur Marcelo Guzzo (Brasile), Prof. Jorge Rueda (Università dell'Arizona), Prof. Remo Ruffini (Direttore di ICRANet) e il professor Paolo Giommi (ASDC et BSDC).
Allo stesso tempo sono state presentate le attività scientifiche e pedagociche svolte presso l'Istituto nel 2016.

2. Il Professor Ruffini, Direttore dell'ICRANet di Pescara, ha visitato la Jiao Tong University di Shanghai, Cina

Il 7 novembre, il Professor Remo Ruffini ha tenuto un seminario intitolato «Supernovae, Hypernovae et Hypernovae pilotée par le binôme» presso l'università Jiao Tong di Shanghai, dove il padre dell'industria cinese dei razzi Hsue-Shen Tsien ha conseguito il diploma. L'organizzatore di questo evento è stato il Professor Jing Yipeng, il più giovane membro dell'Accademia Cinese delle Scienze, Professore presso il dipartimento di Fisica di questa Università e ex studente di dottorato del Professor Ruffini. In questa occasione, il Professor Ruffini e il Professor Jing Yipeng hanno discusso relativamente alla cooperazione tra ICRANet e il Centro per l'Astronomia e l'Astrofisica (CAA), compresa la quinta edizione del meeting Galileo-Xu Guangqi (GX V) che si terrà a nel giugno 2017 sulla montagna Er Mei, nello Sichuan, Cina.

Inoltre il Professor Ruffini ha annunciato la località e la data della celebrazione del 20° anniversario della scoperta dei raggi gamma: "Celebreremo questo anniversario presso l'ICRANet di Pescara per una settimana a partire dal 28 febbraio" - ha affermato il Professor Ruffini. "Ad oggi, queste celebrazioni sono particolarmente importanti, perché noi approcciamo ad una comprensione completa dei GRB e questa sarà un'eccellente occasione per avere esperti di tutto il mondo presso le nostre sedi italiane in Abruzzo e nel Lazio, dove sarà possibile seguire tutti i percorsi che hanno condotto alla comprensione di questo grande fenomeno cosmologico. Il mio viaggio in Cina aprirà anche la strada all'entrata di questi Paesi in ICRANet come Stati Membri".

3. Rinnovo dell'accordo con l'IHEP, Accademia Cinese delle Scienze

Il 4 novembre è stato rinnovato l'accordo tra ICRANet e l'IHEP (High Energy Physics, Accademia Cinese delle Scienze). Questo nuovo accordo è stato firmato dal Professor Shuangnan Zhang, Direttore del Centro d'Astrofisica delle Particelle e il Professor Ruffini, Direttore di ICRANet. Questo accordo sarà valido per 5 anni e le attività congiunte consisteranno in:
- promozione delle attività di ricerca teorica e di osservazione nel settore dell'astrofisica relativistica;
- scambio istituzionale di professori, ricercatori, dottorandi e studenti;
- promozione di sviluppi tecnologici tra IHEP et ICRANet;
- sviluppo di centri per l'elaborazione di dati astrofisici;
- organizzazione di corsi di formazione e insegnamento;
- organizzazione di seminari, conferenze, workshop oppure corsi di lunga durata;
- pubblicazioni comuni

Il testo dell'accordo può essere consultato a questo link.

4. Nuovo accordo di cooperazione: ICRANet - UDESC

Il 9 ottobre è stato firmato un accordo di cooperazione tra l'UDESC e l'ICRANet. Questo accordo prevede: di dare, in maniera reciproca, supporto scientifico e culturale per lo scambio degli insegnanti e degli studenti, secondo i programmi annuali precedentemente stabiliti; studiare ed elaborare progetti condivisi d'inchiesta; sviluppare forme di cooperazione e azioni in altri ambiti di interesse comune; ciascuna delle parti sia in accordo con il fatto che ogni specifica attività deve essere definita e dettagliata nei termini degli obiettivi, dei meccanismi, dei tempi e delle risorse.

Questo accordo è stato firmato dal Professor Marcus Tomasi, Rettore dell'UDESC, e il Professor Remo Ruffini, Direttore di ICRANet.
TIl testo dell'accordo può essere consultato a questo link.

5. Laura Becerra, studentessa PhD ICRANet, si trasferisce a Los Alamos per favorire la cooperazione con la sede di ricerca ICRANet

Laura Becerra, ricercatrice dell'ICRANet, studentessa del programma di dottorato IRAP PhD, ventisette anni e colombiana di origini, è stata selezionata per trascorrere i prossimi sei mesi pressi i Laboratori Nazionali di Los Alamos, negli Stati Uniti, al fine di favorire la collaborazione all'interno di ICRANet, in particolare della sede ICRANet a Tucson, in Arizona, e i Laboratori Nazionali di Los Alamos.
Laura ha pubblicato un suo nuovo articolo sull'Astrophysical Journal, che ha aperto la strada a nuove domande sui buchi neri. Per la prima volta, infatti, è stato studiato, nel dettaglio, cosa accade ai sistemi binari durante la fase di accrescimento ipercritico ed è stato possibile vedere come si arriva, o non si arriva, alla formazione di un buco nero. Già nel 2012 alcuni degli scienziati dell'ICRANet, centro di ricerca guidato dal Professor Ruffini, avevano teorizzato le stime del tasso di accrescimento di materiale su una stella di neutroni causato dalla esplosione, nelle immediate vicinanze, di una supernova. Grazie alle simulazioni effettuate dalla Dottoressa Becerra e al lavoro della squadra targata ICRANet, sono stati dati, alla comunità internazionale di ricerca sull'astrofisica relativistica, report dettagliati sulle simulazioni delle esplosioni di supernove da nuclei composti da ferro, carbonio e ossigeno in un sistema binario e del loro impatto sulla stella compagna. Questi nuclei, esplodendo, emettono infatti una grande quantità di materiale che cade sopra la stella di neutroni e ne accresce la massa. Le simulazioni del gruppo ICRANet, coinvolgendo più di un milione di particelle, confermano le stime da loro stessi proposte nel 2001 poi sviluppate del 2012, e definiscono il momento esatto in cui il buco nero si forma. Inoltre, per la prima volta, viene portata avanti la trattazione della matrice cosmica, cioè del processo astrofisico che parte da un sistema binario, formato da due corpi celesti (nucleo FeCo), e lo trasforma in un nuovo sistema binario, formato da due nuovi corpi celesti: un buco nero e una nuova stella di neutroni.

E' possibile trovare il comunicato stampa scientifico a questo link.

6. Progetto scuola-lavoro con l'Istituto Galileo Galilei di Pescara

Durante l'anno accademico 2016-2017. L'ICRANet di Pescara accoglierà la classe 3°I con i suoi 25 studenti del Liceo Scientifico Galileo Galilei di Pescara. Un totale di 70 ore suddivise tra teoria e pratica. I professori dell'ICRANet terranno agli studenti 30 ore di corsi teorici sui differenti focus dell'astrofisica.

I focus principali saranno:
1) Storia dell'astrofisica e della relatività
2) Le stelle Novae
3) Le Supernovae
4) Le Ipernovae
5) Le Onde Gravitazionali
6) Le Nane Bianche
7) Le Stelle di Neutroni
8) Il Big Bang: Cosmologia primordiale e la formazione delle strutture a larga scala
9) La Materia Oscura nell'Universo e la sua ricerca al Gran Sasso
10) La Gravità Quantistica
11) Gravità e Spazio Tempo (da Keplero e Newton a Schwarzschild, Lense-Thirring e Kerr, paradosso dei gemelli, contributi di Ruffini)
12) I Buchi Neri galattici e quelli stellari

7. Il Professor Rueda ha visitato l'Università Nazionale Kazaka Al-Farabi (KazNU) e l'Instituto di Astrofisica di Fesenkov (FAI) presso Almaty, in Kazakistan

Dal 21 al 25 novembre, il Professor Jorge Rueda ha visitato l'Istituto di Fisica Sperimentale e Teorica della Facoltà di Fisica e di Tecnologia, Università Nazionale Kazaka Al-Farabi (KazNU), e l'Istituto di Astrofisica di Fesenkov (FAI) presso Almaty, in Kazakistan.


Il Professor Rueda è stato invitato dal Professor Kuantay Boshkayev attraverso un progetto scientifico di collaborazione per lo studio delle stelle di neutroni. Kuantay Boshkayev è un ex studente del dottorato IRAP e, attualmente, è Professore presso KazNU. Il Professor Rueda ha tenuto presso la KazNU una serie di conferenze su "Fisica e astrofisica delle stelle di neutroni" e su "La materia oscura" e una serie di colloqui presso il FAI su "Il collasso gravitazionale indotto e il ruolo della struttura delle stelle di neutroni".

8. Recent publications

- "On the classification of GRBs and their occurrence rates" (https://arxiv.org/abs/1602.02732)

GRBs, traditionally classified as “short” and “long” have been often assumed, till recently, to originate from a single Black Hole with an ultrarelativistic jetted emission. There is today clear evidence that both short and long GRBs have as progenitors merging and/or accreting binary systems, each composed by a different combination of iron-carbon-oxygen (FeCO) core, Neutron Stars (NSs) Black Holes (BHs) and white dwarfs in different combinations [1].

Fig. 1. Structure of the NS hypercritical-accretion region above the NS radius RNS.	Fig. 2. Neutrino τν and photon optical depths τγ in the NS hypercritical-accretion region above the neutrinosphere τν=1, with selected mass accretion rates.

This paper sheds new light on the process of hypercritical accretion, which is at the heart of the induced gravitational collapse (IGC) paradigm for gamma-ray bursts (GRBs), proposed by prof. Ruffini [2,3] and ICRANet scientists. The IGC paradigm, originally proposed in 2001, has been developed further in 2012 to explain the GRB-SN connection [4]. Within this paradigm a long GRB originates in a binary systems composed of a FeCO core and a NS, where the orbital period measures minutes [4]. In such systems the explosion of FeCO core as a supernova leads to hypercritical accretion onto the NS companion, which reaches the critical mass, hence inducing its gravitational collapse to a BH with consequent emission of the GRB. The IGC paradigm was first successfully applied to GRB 090618 [5,6]. Based on this paradigm the new concept of binary-driven hypernovae (BdHN), characterized by four different episodes of emission with precise spectral and luminosity features, has been proposed by prof. Ruffini with ICRANet scientists for long GRBs [7].
Accretion is a familiar process in astrophysics, and it is known to power such objects as X-ray binaries [8,9]. There the gravitational energy is converted into heat, so that accretion disk emits X-rays. In contrast, according to the BdHN model [7], the gravitational energy of hypercritically accreting matter is released primarily in the form of neutrinos, see Fig. 1 and 2. The accretion process is so violent, with mass accretion rate up to one solar mass per second, that photons remain trapped within the accreting flow. With such huge accretion rates the temperature near the surface of the NS reaches 10 billion of degrees. Actually, this phenomenon was pioneered independently by Zeldovich [10] and Ruffini [11] in 1973, before the discovery of GRBs was announced.


Estimates of the accretion rate and the possible fate of the accreting NS in the IGC binary were presented by ICRANet scientists already in 2012, see Refs. [4-6]. The new paper reports results of detailed numerical simulations of the explosion of a FeCO core as a supernova and hypercritical accretion of the supernova ejecta on the binary NS companion. These new simulations, performed by Laura Becerra as a part of her PhD thesis in the IRAP PhD program coordinated by ICRANet, involving more than a million of particles, see Fig. 3, include the effects of the finite size of the ejecta for different FeCO core progenitors and confirm the previous estimates, as well as identify the separatrix for such systems, which separate those where BH is formed, and examine the moment of its formation, from those where there is no BH formation. In addition, the expected luminosity of such systems undergoing hypercritical accretion is computed, and the results are shown to be in agreement with observations of the X-ray flash XRF 060218. This work also evidences the asymmetry of the supernova ejecta as induced by the presence of the companion, accreting NS as well as the formation of the new NS, see Fig. 3. The colorful snapshot of interaction between the supernova ejecta and the hypercritically accreting NS shown in Fig. 3 was selected for the poster of IRAP-PhD program for 2016 call.


The new results obtained in this paper:
* show the moment of formation of the BH, as the result of hypercritical accretion of the supernova ejecta onto the companion NS, see Fig. 3;
* give the first treatment of neutrino emission in the process of hypercritical accretion and provide the determination of the neutrinosphere, see Fig. 1 and 2;
* give the first detailed model of a “Cosmic Matrix”, see Fig. 4, which describes these systems as a four-body problem in analogy to the case of particle physics. The “in-state” is represented by the FeCO core and the NS companion. In the case of a BdHN the “out-state” is the a new NS, i.e. the neutron star left by the supernova explosion of the FeCO core, and a BH formed from the gravitational collapse of the NS companion of the FeCO core in the in-state. In XRFs the “out-state” is a new NS and another NS, more massive than the initial one present in the in-state.

These results are supported by numerical simulations done at Los Alamos National Laboratories by Chris Fryer and his group. Laura Becerra, who will receive the joint degree between the Universities of Bremen, Oldenburg, Savoie, Rome, Ferrara, Nice, will be spending six months at Los Alamos, starting 1 November, to foster the collaboration within ICRANet, including the ICRANet seat in Tucson, Arizona, and the Los Alamos National Laboratories.

References:
[1] Ruffini, R., Rueda, J.A., Muccino, M., et al. 2016, ApJ, in press. See also http://www.icranet.org/pr090916
[2] Ruffini, R., Bianco, C. L., Fraschetti, F., Xue, S.-S., & Chardonnet, P. 2001, ApJ, 555, L117.
[3] Ruffini, R., et al. 2008, in The Eleventh Marcel Grossmann Meeting on Recent Developments in Theoretical and Experimental General Relativity, Gravitation and Relativistic Field Theories, ed. H. Kleinert, R. T. Jantzen, & R. Ruffini (Singapore: World Scientific), 368.
[4] Rueda, J. A., & Ruffini, R. 2012, ApJ, 758, L7.
[5] Izzo, L., Rueda, J. A., & Ruffini, R. 2012a, A&A, 548, L5.
[6] Izzo, L., Ruffini, R., Penacchioni, A. V., et al. 2012b, A&A, 543, A10.
[7] Ruffini, R., et al. 2014, A&A, 565, L10.
[8] Ruffini, R., Giacconi, R. “Physics and Astrophysics of Neutron Stars Black Holes”, North Holland Pub. Co. Amsterdam 1978
[9] Ruffini, R., in Astrophysics and gravitation: Proceedings of the sixteenth Solvay Conference on Physics at the University of Brussels, September 1973.
[10] Zel'dovich, Y. B., Ivanova, L. N., & Nadezhin, D. K. 1972, Soviet Ast., 16, 209.
[11] Ruffini, R., & Wilson, J. 1973, Physical Review Letters, 31, 1362.
[12] Ruffini, R., Wang, Y., Enderli, M. et al., 2015 ApJ, 798, 10.


- “Strong Lensing by Fermionic Dark Matter” Phys. Rev. D 94, 123004 (2016) In a recently published paper: L. Gabriel Gómez et al. Phys. Rev. D 94, 123004 (2016), we compute the lensing effects of the pure dark matter (DM) component both on halo scales, where we compare them to the effects of the Navarro-Frenk-White (NFW) and the nonsingular isothermal sphere DM models, and near the galaxy center, where we compare them with the effects of a Schwarzschild Black hole (BH) with a DM quantum core.


The DM density profiles predict slightly different deviations of light (of 0.1 arcsec) in the halo part (~8 kpc). However, the effects of strong lensing are achieved for the RAR profile only (for the more compact solution 102 keV: inos MC) at short distances (10-4 pc). The reason for this fundamental difference is the presence of the compact DM quantum core whose effects start to be appreciable even around pc scales. The DM quantum core compactness is not large enough to account for the formation of relativistic images as in the case of a BH. This means that there is no photon sphere, neither inside nor outside the DM quantum core; however, it can generate multiple images and Einstein rings. Interestingly, the proposed Event Horizon Telescope could resolve the predicted shadow of the central BH within the next years with the inclusion of the Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA). If a BH shadow will not be observed, then it will open a window for alternative scenarios regarding the nature of the Sgr A* central object including the DM quantum core predicted by the RAR model.

Other publications
• D. L. Cáceres, S. M. de Carvalho, J. G. Coelho, R. C. R. de Lima, J. A. Rueda, “Thermal X-ray emission from massive, fast rotating, highly magnetized white dwarfs”, to appear in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Published online on November 23, 2016: <http://mnras.oxfordjournals.org/content/early/2016/11/23/mnras.stw3047>
• J. G. Coelho, D. L. Cáceres, R. C. R. de Lima, M. Malheiro, J. A. Rueda, R. Ruffini, "On the nature of some SGRs and AXPs as rotation-powered neutron stars", to appear in Astronomy & Astrophysics.

9. ICRANet e la classifica mondiale delle Università

Durante la 15° riunione del Comitato Direttivo di ICRANet, il Dottor Costantino Zazza ha presentato il suo rapporto su "ICRANet e la classifica mondiale delle università" mostrando il livello di ICRANet secondo il metodo di valutazione conosciuto come "Shangai" basato principalmente su quattro criteri:
• la qualità dell'educazione;
• la qualità del corpo docenti;
• i risultati relativi alle ricerche;
• la performance pro capite.

Egli ha mostrato la lista delle 10 migliori università della classifica ARWU, facendo un confronto tra una di queste, Caltech, e ICRANet. Utilizzando la base dei dati SCOPUS, il Dottor Zazza ha evidenziato che il livello di questi due è simile: 10,73 Caltech (325 unità) vs 9,00 ICRANet (6 unità). Questo confronto mostra il livello più elevato di ICRANet rispetto alle università classificate sulla base delle loro pubblicazioni.
Ciò significa che ICRANet deve essere considerato come un centro di eccellenza dove è possibile fare attività di ricerca ai massimi livelli internazionali.

A questo proposito il Professor Ruffini ha aggiunto che:
- tutte le pubblicazioni dell'ICRANet sono pubblicate sulle riviste scientifiche con un fattore d'impatto elevato (per esempio 5,7 / 5,8 o 6,0);
- una grande attenzione è accordata alla qualità dell'insegnamento pro capite. Per questo, il processo di selezione segue gli standard delle maggiori università americane, come Stanford. Questo fa dell'ICRANet un'isola dell'eccellenza in Armenia, Italia e Brasile.
Inoltre la presenza in ICRANet di scienziati quali il Professor Barrès de Almeida Ulisses, il Professor Vladimir Belinski, il Professor Jorge Rueda, il Professor Ruffini Remo e il Professor Sahakyan Narek contribuisce a questa performance eccezionale.