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ICRANet Newsletter
Febbraio/Marzo 2023



 


1. Lo scienziato cinese Yu Wang nominato Presidente del Consorzio Internazionale di Astrofisica Relativistica (ICRA), 28 Febbraio 2023

È con grande piacere che annunciamo che il Prof. Yu Wang è stato nominato nuovo Presidente del Consorzio Internazionale di Astrofisica Relativistica (ICRA) in occasione dell’Assemblea ICRA che si è tenuta il 28 Febbraio 2023.

In questa occasione, il Prof. Massimo Della Valle, Presidente del Comitato scientifico dell’ICRANet, è intervenuto in favore della nomina del Prof. Yu Wang ed ha anche presentato le attività scientifiche dell’ICRA con un talk dal titolo “Dalla nascita dell’astrofisica relativistica alla scoperta e comprensione dei raggi gamma ed alla nuova era della fisica dei buchi neri e dell’intelligenza artificiale”. Per leggere il testo del discorso: www.icranet.org/documents/presentationDellaValle.pdf
 
L’ICRA (Consorzio Internazionale di Astrofisica Relativistica - International Centre for Relativistic Astrophysics) fu fondata nel 1985 dal Prof. Remo Ruffini insieme a Riccardo Giacconi (Premio Nobel per la Fisica 2002), Abdus Salam (Premio Nobel per la Fisica 1979), Paul Boyton (Università di Washington a Seattle), George Coyne (ex Direttore dell’osservatorio vaticano), Francis Everitt (Università di Stanford) e Fang Li-Zhi (Università di Scienze e Tecnologie della Cina). Ottenne il riconoscimento della personalità giuridica nel 1991 con Decreto ministeriale 22/11/1991 dell’allora Ministero dell’Istruzione, Università e Ricerca. Sono membri dell’ICRA l’Università di Stanford, l’ Università di Scienze e Tecnologie della Cina, la World Academy of Sciences (TWAS), la Specola Vaticana, lo Space Telescope Institute di Baltimora, l’Abdus Salam International Center for Theoretical Physics (ICTP), l’Università di Washington a Seattle, l’Università Campus Bio-Medico di Roma, l’Università dell’Insubria e l’Università di Udine. Il principale obiettivo dell’ICRA è la promozione degli scambi e degli sviluppi dell’astrofisica relativistica in tutto il mondo.

A seguito della sua nomina, il Prof. Wang ha presentato all’Assemblea la sua carriera scientifica, nonché le sue principali pubblicazioni scientifiche, consultabili al seguente link: www.icranet.org/documents/presentationWang.pdf
 
Il Prof. Yu Wang è nato a Suzhou, Provincia di Jiangsu, nel 1985. Si è laureato in Fisica presso la Southeast University, ha conseguito un master in Astrofisica presso il Purple Mountain Observatory dell’Accademia cinese delle Scienze ed ha conseguito un dottorato di ricerca in Astrofisica presso l’Università di Roma La Sapienza. Lavora come ricercatore in Astrofisica presso l’ICRANet (International Center for Relativistic Astrophysics Network) dal 2015 e presso l’Istituto nazionale di Astrofisica (INAF) dal 2019, ed è stato nominato Presidente ICRA nel 2023.

L’Assemblea ICRA si è congratulata con il Prof. Yu Wang per la sua nomina a nuovo Presidente ICRA, portando Avanti la sua ricerca sui buchi neri e sui raggi gamma, nonché promuovendo l’applicazione di nuove tecnologie come il deep learning in astronomia ed astrofisica. L’Assemblea ha inoltre auspicato una ulteriore espansione degli scambi e delle collaborazioni dell’ICRA con Università ed Istituti in tutto il mondo, con il sostegno del Prof. Wang.
 
Per il comunicato stampa sul sito ICRANet: p { line-height: 115%; text-align: left; orphans: 2; widows: 2; margin-bottom: 0.25cm; direction: ltr; background: transparent }a:visited { color: #800080; text-decoration: underline }a:link { color: #0000ff; text-decoration: underline }
 


2. Seminario del Prof. Remo Ruffini all’ INAF IAPS, 15 Marzo 2023, Roma (Italia)

Il 15 Marzo 2023, il Prof. Ruffini, Direttore ICRANet, è stato invitato a presentare un seminario presso l’Istituto di Astrofisica e Planetologia spaziali (IAPS) dell’INAF a Roma (Italia). Questo seminario si è svolto nella serie dei “Rome Joint Astrophysics Colloquia (Rome JAC)”, organizzato dallo IAPS, dall’Osservatorio astronomico di Roma e dal Dipartimento di Fisica dell’Università di Roma Tor Vergata, che vengono svolti ogni terzo mercoledì del mese.
   
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Fig. 1: il Prof. Ruffini in occasione del suo seminario allo IAPS INAF il 15 Marzo 2023 insieme a membri INAF ed a parte del gruppo di ricercatori ICRANet. Fig. 2: da sinistra a destra: il Prof. Rahim Moradi (Professore della Faculty ICRANet), il Prof. Ruffini, il Prof. Enrico Costa (INAF), la Dott.ssa Fatemeh Rastegar Nia (ricercatrice ICRANet), il Prof. Carlo Luciano Bianco (Professore della Faculty ICRANet), il Prof. Wang Yu (Professore della Faculty ICRANet) e Shurui Zhang (studente in visita presso l’ICRANet dall’USCT – Cina).
 
In questa occasione, il Prof. Ruffini ha presentato un talk dal titolo “New Physics and Astrophysics from GRBs”, presieduto dal Prof. Enrico Costa; di seguito l’abstract:

The observations of Ic supernovae (Ic/SNe) occurring after the prompt emission of long gamma-ray bursts (GRBs) are addressed within the binary-driven hypernova (BdHN) model. Here, the GRBs originate from a binary composed of a ∼ 10 M carbon-oxygen (CO) star and a companion neutron star (NS). We assume these same progenitors originate the Ic/SN. The binary evolution depends strongly on the binary period, Pbin. The trigger, given by the CO core collapse, for Pbin of up to a few hours leads to an Ic/SN with a fast-spinning NS (νNS) at its center. For Pbin ∼ 4–5 min, BdHN I occur with 37 energies 1052–1054 erg, a contribution by the black hole (BH) created by the NS companion collapse, originates the Mev/GeV radiations. The ∼ 1 millisecond νNS originates, by synchrotron radiation, the X-ray afterglow. For Pbin∼ 10 min, BdHN II occurs with energies of 1050–1052 erg. For Pbin∼ hours, BdHN III occurs with energies below 1050 erg. The 1–1000 ms νNS, in all BdHNe, originates the X-ray afterglow by synchrotron emission. The SN Ic follows an independent evolution, becoming observable by the nickel decay after the GRB prompt emission. We report 24 Ic/SNe associated with BdHNe, their optical peak luminosity and their time of occurrence are similar and independent of the associated GRBs. We give four examples of BdHNe and their associated hypernovae. We approach, for the first time, new physical processes in BdHNe; we identify seven episodes and their signatures in their spectra.

Appena disponibile, il video del seminario sarà pubblicato sul canale YouTube dell’ICRANet al seguente link: https://www.youtube.com/channel/UCU19scWRGvlIiKBcN1QXCRQ
 


3. Partecipazione ICRANet alla “Conferenza degli addetti scientifici e spaziali 2023: la diplomazia scientifica al servizio della crescita dell'Italia”,6-7 Marzo 2023, Padova (Italia)

Il 6 e 7 Marzo 2023, il Prof. Ruffini, Direttore ICRANet, ed il Prof. Yu Wang, Professore della Faculty ICRANet, hanno partecipato alla “Conferenza degli addetti scientifici e spaziali 2023: la diplomazia scientifica al servizio della crescita dell'Italia”, organizzata dal Ministero italiano degli Affari esteri e della Cooperazione internazionale (MAECI) presso l’università di Padova (Italia).
 
Dopo la cerimonia di apertura, al primo giorno della conferenza sono intervenuti eminenti personalità italiane, come il Ministro degli Affari esteri e della Cooperazione internazionale Antonio Tajani, il Ministro delle imprese e del Made in Italy Adolfo Urso, il Rettore dell’università di Padova Prof. Daniela Mapelli e l’astronauta Luca Parmitano. La prima giornata si è conclusa con una tavola rotonda sul tema “Spazio: la nuova frontiera dell’internazionalizzazione”, con l’intervento di Edmondo Cirielli, Vice Ministro per gli Affari esteri e la partecipazione, tra gli altri, del Prof. Giorgio Saccoccia, Presidente dell’ASI e del Prof. Marco Tavani, Presidente dell’INAF.
 
Durante la seconda giornata, si sono tenute 2 tavole rotonde. La prima sul tema “La Ricerca motore della competitività del Sistema Paese” ha visto la partecipazione del Ministro italiano dell’Università e della Ricerca Anna Maria Bernini e dell’ex Ministro dell’Istruzione, Università e Ricerca, ora Presidente del CNR, Maria Chiara Carrozza. Il secondo evento verteva sul tema “La risposta dell’innovazione italiana alle nuove sfide globali”.
 
In occasione di questa conferenza, il Prof. Ruffini ed il Prof. Wang hanno incontrato il Min. Plen. Shen Jianlei (Ministro Consigliere per la Scienza e la Tecnologia dell’Ambasciata cinese in Italia), il Dr Francesco Ubertini (Presidente di Cineca), la Dott.ssa Maria Chiara Carrozza (ex Ministro dell’Istruzione, Università e Ricerca, ora Presidente del CNR) ed il Ministro Anna Maria Bernini (Ministro italiano dell’Università e della Ricerca).

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Fig. 3 da sinistra a destra: il Min. Plen. Shen Jianlei (Ministro Consigliere per la Scienza e la Tecnologia dell’Ambasciata cinese in Italia), il Dr Francesco Ubertini (Presidente di Cineca), la Dott.ssa Maria Chiara Carrozza (ex Ministro dell’Istruzione, Università e Ricerca, ora Presidente del CNR), il Ministro Anna Maria Bernini (Ministro italiano dell’Università e della Ricerca), il Prof. Remo Ruffini (Direttore ICRANet) ed il Prof. Yu Wang (Professore della Faculty ICRANet e nuovo Presidente ICRA).p { line-height: 115%; text-align: left; orphans: 2; widows: 2; margin-bottom: 0.25cm; direction: ltr; background: transparent }a:visited { color: #800080; text-decoration: underline }a:link { color: #0000ff; text-decoration: underline }
 



4. Niccolò Copernico e Gregorio III,24  Febbraio 2023, meeting online

Il 24 Febbraio 2023, il Prof. Costantino Sigismondi, collaboratore ICRANet, ha organizzato il meeting online “Niccolò Copernico e Gregorio III” presso l’Ateneo Pontificio Regina Apostolorum, Istituto Scienza e Fede a Roma, in collaborazione con l’ICRANet e con l’Osservatorio astrofisico di Asiago. Il meeting è stato anche trasmesso via Zoom e Youtube ed è stato aperto dai saluti di apertura del Prof. Remo Ruffini, Direttore ICRANet, e del Prof. Rafael Pascual, Direttore dell’ISF.
 
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Fig. 4: Il Prof. Remo Ruffini durante il suo discorso di aperture al meeting “Niccolòç Copernico e Gregorio III”, presieduto dal Prof. Costantino Sigismondi e tenutosi il 24 Febbraio 2023 presso l’Ateneo Pontificio Regina Apostolorum, Istituto Scienza e Fede a Roma ed online.
 
I membri del comitato organizzativo del meeting sono stati Cesare Barbieri (Università di Padova), Giuseppe Giudice (Università di napoli Federico II), Paolo Ochner (Osservatorio astrofisico di  Asiago ed Università di padova), Cosimo Palagiano (Accademia dei Lincei), Rafael Pascual (APRA/ISF), Elena Piccoli (Liceo Antonio Scarpa Motta di Livenza), Tiziana Pompa (Liceo scientifico Galileo Galilei di Pescara), Remo Ruffini (Direttore ICRANet) e Costantino Sigismondi (APRA ed ICRANet).
 
Niccolò Copernico nacque il 19 Febbraio 1473 a Torun (Polonia) e, con la pubblicazione del “De Revolutionibus Orbium Coelestium” divenne l’astronomo più influente della storia moderna. 50 anni fa, l’Università di Padova gli dedicò il più grande telescopio d’Italia (lo è ancora oggi): il telescopio Cima Ekar.
 
La cosmologia stava cambiando sistema di riferimento, abbandonando il punto di vista geocentrico. L’astronomia restava comunque basata sulle osservazioni posizionali meridiane e topocentriche e per ulteriori 2 secoli continuò a preferire il foro stenopeico al telescopio per l’astrometria solare. Un esperimento condotto in simultanea a Roma ed a Motta di Livenza sulla misura angolare dell’arco di meridiano, ci mostra quanto il foro stenopeico resti valido. L’ingresso del Sole nel segno dei Pesci, avvenuto il 18 Febbraio 2023 alle 23:34 è un fenomeno geocentrico, relativo al sistema di riferimento eclittico, che ha l’equinozio vernale come zero e l’orbita apparente del Sole come asse delle longitudini.
 
Giulio Cesare aveva promulgato la riforma del Calendario nel 46 a. C., prendendo come valore dell’anno tropico 365 giorni e 6 ore, in capo alle quali il Sole tornava all’equinozio vernale. Nel 325 l’equinozio vernale era arretrato al 21 Marzo e questa data fu fissata come equinozio ecclesiastico dai padri del Concilio di Nicea. L’arretramento della data dell’equinozio continuava al ritmo di 3 giorni ogni 4 secoli ed al tempo di Copernico anticipava ormai di 10 giorni. Gli astronomi misuravano equinozi e segni zodiacali cronometrando i passaggi meridiani del Sole in confronto con le stelle. Sapevano sin dai tempi di Ipparco (150 a. C.) che l’equinozio arretrava rispetto alla direzione che il Sole ha sullo sfondo del cielo stellato.
 
Se il Sole va dall’Acquario ai Pesci, l’equinozio cammina in senso opposto, ma molto più lentamente, facendo un giro completo in 26 mila anni e coprendo un intero segno in circa 2.000 anni. Astronomicamente, la data di nascita di Copernico cadeva 10 giorni più vicina all’equinozio di Primavera, quindi in pieno segno dei Pesci e costellazione zodiacale dell’Acquario, visibile quest’ultima solo in caso di eclissi totale.
 
La Riforma del calendario venne promulgata il 24 Febbraio 1582 da Papa Gregorio XIII, poiché il vero equinozio aveva luogo l’11 Marzo, invece che il 21 Marzo secondo le prescrizioni del Consiglio di Nicea del 325 a.c. sul computo della Pasqua. La riforma gregoriana risolse il problema della vera data dell’equinozio. Promulgata il 24 Febbraio 1582 da Villa Mondragone in Frascati con la Bolla “Inter Gravissimas”, la precessione continua, ma la data dell’equinozio vernale (da Ver=Primavera, in latino) restò fissata al 21 Marzo, secondo la tradizione nicena per il computo della data della Pasqua.
 
Dunque la precessione continua a cambiare le costellazioni su cui il Sole è proiettato ad una data fissata: 4.000 anni fa sarebbe stato sullo sfondo dei Pesci, 2.000 anni fa era arretrato nella costellazione dell’Acquario e tra qualche secolo sarà nel Capricorno, ma i segni zodiacali restano quelli della tradizione greco-babilonese a cui già Tolomeo si volle adeguare. Si tratta solo di un cambio di sistema di riferimento, come accade per la bussola, che quando guarda a Nord-Est è Grecale, ma da Roma a Nord-Est non si va in Grecia: il riferimento originale era Malta.
 
In questo meeting, il Prof. Sigismondi ha presentato come l’efficacia della riforma può essere verificata misurando l’ingresso del Sole in Pesci nel 2023 con le meridiane storiche di Piazza San Pietro in Vaticano (1586-1817) e di Santa Maria degli Angeli (1702), usando anche il passaggio meridiano di Sirio, come facevano già gli Egizi oltre 4.000 anni fa. Con quest’ultimo strumento è stata anche effettuata la misura angolare dell’arco meridiano da Roma a Motta di Livenza, ripetendo l’esperimento di Eratostene con le correzioni di Cassini per la rifrazione atmosferica, ottenendo la circonferenza della Terra entro 1% e mostrando perché le meridiane sono state preferite nell’astrometria solare fino a 2 secoli dopo l’invenzione del telescopio.
 
Diversi interventi sono stati presentati nel corso del meeting, in particolare su “La conferenza copernicana a Santa Maria Degli Angeli il 18 Febbraio 2023”, su “L’ingresso nei Pesci alla meridiana a Piazza San Pietro il 18 Febbraio 2023”, su “Il transito di Sirio alla meridiana a Piazza San Pietro il 18 Febbraio 2023”, su Il passaggio del Sole alla meridiana clementna domenica 19 Febbraio 2023”, su “La Bolla Inter Gravissimas tradotta in italiano”, su “L’astronomo Copernico di Jan Matejko (1873)” e su “L’algoritmo lunare del calendario gregoriano”. Il Prof. Sigismondi ha anche illustrato i dati relativi alla posizione dell’immagine solare sulla linea meridiana clementina il 18 e 19 Febbraio 2023 e l’interpolazione lineare per l’ingresso nei Pesci.
 
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Fig. 5: il Sole proiettato sulla tarsia marmorea dei Pesci di Francesco Tedeschi a Santa Maria degli Angeli a Roma il 18 Febbraio 2023. Il centro di questo riquadro è a 5198 mm dal riferimento 160. Fig. 6: Sirio sulla sinistra dell’obelisco vaticano il 18 Febbraio 2023 alle h 20:57:15, visto dalla linea meridiana.
 
Per maggiori informazioni sul meeting, inclusi video, base scientifica e materiale: http://www.icranet.org/index.php?option=com_content&task=view&id=1487



5. Annuncio del 18° Simposio italo – coreano (IK18), 19 – 23 Giugno 2023, Pescara (Italia)
 
 
È con grande piacere che annunciamo il 18° Simposio italo – coreano di Astrofisica Relativistica, che si terrà dal 19 al 23 Giugno 2023 in presenza presso il centro ICRANet a Pescara (Italia) ed online. Il meeting è co-organizzato da Kunsan National University, CQUeST e Sogang University (da parte coreana) mentre, da parte italiana, dall’ICRANet. Membri del Comitato italiano dell’IK18 sono Remo Ruffini (Direttore ICRANet, ICRA), Carlo Luciano Bianco (ICRA, ICRANet), Massimo Della Valle (Osservatorio astronomico di Capodimonte, INAF, ICRANet), Luca Izzo (Osservatorio astronomico di Capodimonte, INAF), Paolo Giommi (ASI), Roy Patrick Kerr (ICRANet), Liang Li (ICRANet), Rahim Moradi (ICRANet), Jorge A. Rueda H. (ICRANet, Università di Ferrara), Narek Sahakyan (Direttore del centro ICRANet in Armenia), Gregory Vereshchagin (ICRANet), Yu Wang (ICRANet) e Shesheng Xue (ICRANet). Membri del Comitato coreano IK18 sono Stefano Scopel (CQUeST, Sogang University), Bum-Hoon Lee (CQUeST, Sogang University), Wontae Kim (CQUeST, Sogang University), Jeong-Hyuck Park (CQUeST, Sogang University), Wonwoo Lee (CQUeST, Sogang University), Sang Pyo Kim (Kunsan National University), Bogeun Gwak (Dongguk University), Imtak Jeon (APCTP), Hyungwon Lee (Inje University), Changhwan Lee (Pusan National University) e Hyeong Chan Kim (Korea National university of Transportation).

I simposi italo – coreani sono una serie di meetings biennali, organizzati in maniera alternata in Italia ed in Corea dal 1987, grazie al sostegno della Korea Science and Engineering Foundation (KOSEF), del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), dell’ICRANet e degli altri Istituti ospitanti. L’obiettivo principale di questi meetings è quello di intensificare gli scambi di idée tra scienziati italiani e coreani, soprattutto tra i ricercatori più giovani.

Oltre alle tematiche di Astrofisica relativistica tradizionalmente discussi nel corso dei meetings IK (come ad esempio i raggi gamma e le stelle compatte, i raggi cosmici ad alta energia, l’energia oscura e le materia oscura, la relatività generale, i buchi neri e la nuova fisica relativa alla cosmologia), in questo meeting verrà data particolare importanza al processo di estrazione di energia da un buco nero di Kerr tramite la fissione di particelle massive (Penrose process), processi elettrodinamici classici e processi quantistici. In tutti i casi, verrà evidenziato il ruolo della massa irriducibile nel caratterizzare l’efficacia dei processi di emissione. Saranno illustrati esempi dai nuclei galattici attivi ed i raggi gamma.

Il programma scientifico del meeting è in preparazione e maggiori dettagli su questa conferenza verranno pubblicati sulla pagina web ufficiale: https://indico.icranet.org/event/7/ .



6. Terzo annuncio del 5° Zeldovich meeting, 12-17 Giugno 2023, Yerevan (Armenia)

Siamo lieti di informarvi che la lista degli invited speakers confermati per il 5° Zeldovich meeting, che si terrà dal 12 al 17 Giugno 2023 a Yerevan (Armenia) include, ad oggi:
  • “Fermionic dark matter: theory & phenomenology” by Carlos Raúl Argüelles, Universidad Nacional de La Plata, Argentina;
  • “Hubble Tension challenge in the modern cosmology: possible solutions” by Gennady Bisnovatyi-Kogan, Space Research Institute (IKI), Russia;
  • “Pair-balance model for relativistic shocks and its application to astrophysical sources” by Evgeny Derishev, Institute of Applied Physics, Russia;
  • “Quantum sensing – the key technology for further gravitational experiments in space” by Hansjoerg Dittus, University of Bremen, Germany;
  • “Neutrino Telescope Baikal-GVD: Status and Nearest Future” by Zhan-Arys Dzhilkibaev, Institute for Nuclear Research of the Russian Academy of Sciences, Russia;
  • “SRG/eROSITA all-sky survey: from solar flares and neutrino sources to cosmology” by Marat Gilfanov, Max-Planck Institute for Astrophysics, Germany and IKI, Russia;
  • “Neutron Stars as Strong Field QED Laboratory” by Sang Pyo Kim, Kunsan National University, South Korea;
  • “New quantum technologies and gravity” by Claus Laemmerzahl, University Bremen, Germany;
  • “Discoveries from FAST” by Di Li, National Astronomical Observatories of China, China;
  • “Black hole induced star formation in the early universe” by Felix Mirabel, CEA Saclay, France;
  • “Selected Studies of Cosmic and Gamma Rays with the MAGIC telescopes” by Razmik Mirzoyan, Max-Planck-Institute for Physics, Germany;
  • “Influence of a plasma on the shadow of black holes” by Volker Perlick, ZARM, University Bremen, Germany;
  • “An electrodynamic process to extract the rotational energy of a Kerr black hole” by Jorge Armando Rueda Hernandez, ICRANet, Italy;
  • “The Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE) results from the first 1.5 years of observation” by Paolo Soffitta, IAPS, INAF, Rome, Italy;
  • “New developments in the inflationary scenario” by Alexei Starobinsky, Landau Institute for Theoretical Physics, Russia;
  • “The spectral signatures of BHs versus NSs” by Lev Titarchuk, University di Ferrara, Italy and Astro Space Center, Lebedev Physical Institute, Russia;
  • “Highlights of the Insight-HXMT X-ray Astronomy Satellite” by Shuang-Nan Zhang, Institute of High Energy Physics, China.
Il costo della registrazione anticipate è di 300 euro (100 euro per gli studenti) e questa possibilità termina il 1 Maggio 2023. A partire da questa data, il costo della registrazione sarà di 400 euro (150 euro per gli studenti).
 


7. Visite scientifiche presso l’ICRANet

• Antonio Enea Romano (Universidad de Antioquia UDEA), February 2 – 6, 2023
• Narek Sahakyan (Director of ICRANet Armenia), February 6 – 12, 2023
• Soroush Shakeri (Isfahan University of Technology), March 28, 2023 – in corso
 
Durante la loro visita, questi scienziati hanno avuto l'opportunità di discutere le loro ricerche scientifiche e di avere interessanti scambi con gli altri ricercatori dell'ICRANet e da diverse parti del mondo.



8. Pubblicazioni recenti

Liang Li, Yu Wang, Felix Ryde, Asaf Pe'er, Bing Zhang, Sylvain Guiriec, Alberto J. Castro-Tirado, D. Alexander Kann, Magnus Axelsson, Kim Page, A Cosmological Fireball with 16% Gamma-Ray Radiative Efficiency, published in The Astrophysical Journal Letters, Volume 944, Number 2 on February 23, 2023.

Gamma-ray bursts (GRBs) are the most powerful explosions in the universe. How efficiently the jet converts its energy to radiation is a long-standing problem, which is poorly constrained. The standard model invokes a relativistic fireball with a bright photosphere emission component. A definitive diagnosis of GRB radiation components and the measurement of GRB radiative efficiency require prompt emission and afterglow data, with high resolution and wide band coverage in time and energy. Here, we present a comprehensive temporal and spectral analysis of the TeV-emitting bright GRB 190114C. Its fluence is one of the highest for all the GRBs that have been detected so far, which allows us to perform a high-resolution study of the prompt emission spectral properties and their temporal evolutions, down to a timescale of about 0.1 s. We observe that each of the initial pulses has a thermal component contributing ∼20% of the total energy and that the corresponding temperature and inferred Lorentz factor of the photosphere evolve following broken power-law shapes. From the observation of the nonthermal spectra and the light curve, the onset of the afterglow corresponding to the deceleration of the fireball is considered to start at ∼6 s. By incorporating the thermal and nonthermal observations, as well as the photosphere and synchrotron radiative mechanisms, we can directly derive the fireball energy budget with little dependence on hypothetical parameters, measuring a ∼16% radiative efficiency for this GRB. With the fireball energy budget derived, the afterglow microphysics parameters can also be constrained directly from the data.

Liang Li, J. A. Rueda, R. Moradi, Y. Wang, S. S. Xue, and R. Ruffini, Self-similarities and Power Laws in the Time-resolved Spectra of GRB 190114C, GRB 130427A, GRB 160509A, and GRB 160625B, published in The Astrophysical Journal, Volume 945, Number 1 on March 1, 2023.

Binary-driven hypernova (BdHN) models have been adopted to explain the observed properties of long gamma-ray bursts (GRBs). Here, we perform a comprehensive data analysis (temporal and spectral analysis, GeV emission, and afterglow) on GRB 130427A, GRB 160509A, and GRB 160625B. We identify three specific episodes characterized by different observational signatures and show that these episodes can be explained and predicted to occur within the framework of the BdHNe I model, as first observed in GRB 190114C and reported in an accompanying paper. Episode 1 includes the “SN-rise” with the characteristic cutoff power-law spectrum; Episode 2 is initiated by the moment of formation of the black hole, coincident with the onset of the GeV emission and the ultrarelativistic prompt emission phase, and is characterized by a cutoff power law and blackbody spectra; Episode 3 is the “cavity,” with its characteristic featureless spectrum.
 

Liang Li, Revisiting the Spectral-Energy Correlations of GRBs with Fermi Data I: Model-wise Properties, accepted for publication in The Astrophysical Journal Supplement Series.

Gamma-ray bursts (GRBs) exhibit a diversity of spectra. Several spectral models (e.g., Band, cutoff power-law, and blackbody) and their hybrid versions (e.g., Band+blackbody) have been widely used to fit the observed GRB spectra. Here, we attempt to collect all the bursts detected by Fermi-GBM with known redshifts from July 2008 to May 2022, motivated to (i) provide a parameter catalog independent from the official Fermi/GBM team and (ii) achieve a “clean” model-based GRB spectral- energy correlation analysis. A nearly complete GRB sample was created, containing 153 such bursts (136 long gamma-ray bursts and 17 short gamma-ray bursts). Using the sample and by performing detailed spectral analysis and model comparisons, we investigate two GRB spectral-energy correlations: the cosmological rest-frame peak energy (Ep,z) of the νFνprompt emission spectrum correlated with (i) the isotropic-bolometric-equivalent emission energy Eϓ,iso (the Amati relation), and (ii) the isotropic- bolometric-equivalent peak luminosity Lp,iso (the Yonetoku relation). From a linear regression analysis, a tight correlation between Ep,z and Eϓ,iso (and Lϓ,iso) is found for both the Band-like and CPL-like bursts. More interestingly, the CPL-like bursts do not fall on the Band-like burst Amati and Yonetoku correlations, suggesting distinct radiation processes, and pointing towards the fact that these spectral-energy correlations are tightly reliant on the model-wise properties.
 
 
Sahakyan, N., Harutyunyan, G., Israyelyan, D., Origin of multiwavelength emission from flaring high redshift blazar PKS 0537-286, published on Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 521, Issue 1, May 2023 on February 20, 2023.
 
The high redshift blazars powered by supermassive black holes with masses exceeding 109 M have the highest jet power and luminosity and are important probes to test the physics of relativistic jets at the early epochs of the Universe. We present a multifrequency spectral and temporal study of high redshift blazar PKS 0537−286 by analyzing data from Fermi-LAT, NuSTAR Swift XRT, and UVOT. Although the time averaged γ-ray spectrum of the source is relatively soft (indicating the high-energy emission peak is below the GeV range), several prominent flares were observed when the spectrum hardened and the luminosity increased above 1049 erg s−1. The X-ray emission of the source varies in different observations and is characterized by a hard spectrum ≤1.38 with a luminosity of >1047 erg s−1. The broad-band spectral energy distribution in the quiescent and flaring periods was modelled within a one-zone leptonic scenario assuming different locations of the emission region and considering both internal (synchrotron radiation) and external (from the disc, broad-line region, and dusty torus) photon fields for the inverse Compton scattering. The modeling shows that the most optimistic scenario, from the energy requirement point of view, is when the jet energy dissipation occurs within the broad-line region. The comparison of the model parameters obtained for the quiescent and flaring periods suggests that the flaring activities are most likely caused by the hardening of the emitting electron spectral index and shifting of the cut-off energy to higher values.
 
 
 
MAGIC Collaboration, MAGIC observations provide compelling evidence of hadronic multi-TeV emission from the putative PeVatron SNR G106.3+2.7, published in Astronomy & Astrophysics, Volume 671, March 2023 on February 28, 2023.

Context. Certain types of supernova remnants (SNRs) in our Galaxy are assumed to be PeVatrons, capable of accelerating cosmic rays (CRs) to ~ PeV energies. However, conclusive observational evidence for this has not yet been found. The SNR G106.3+2.7, detected at 1–100 TeV energies by different γ-ray facilities, is one of the most promising PeVatron candidates. This SNR has a cometary shape, which can be divided into a head and a tail region with different physical conditions. However, in which region the 100 TeV emission is produced has not yet been identified because of the limited position accuracy and/or angular resolution of existing observational data. Additionally, it remains unclear as to whether the origin of the γ-ray emission is leptonic or hadronic.

Aims. With the better angular resolution provided by new MAGIC data compared to earlier γ-ray datasets, we aim to reveal the acceleration site of PeV particles and the emission mechanism by resolving the SNR G106.3+2.7 with 0.1° resolution at TeV energies.
Methods. We observed the SNR G106.3+2.7 using the MAGIC telescopes for 121.7 h in total – after quality cuts – between May 2017 and August 2019. The analysis energy threshold is ~0.2 TeV, and the angular resolution is 0.07−0.1°. We examined the γ-ray spectra of different parts of the emission, whilst benefitting from the unprecedented statistics and angular resolution at these energies provided by our new data. We also used measurements at other wavelengths such as radio, X-rays, GeV γ-rays, and 10 TeV γ-rays to model the emission mechanism precisely.

Results. We detect extended γ-ray emission spatially coincident with the radio continuum emission at the head and tail of SNR G106.3+2.7. The fact that we detect a significant γ-ray emission with energies above 6.0 TeV from only the tail region suggests that the emissions above 10 TeV detected with air shower experiments (Milagro, HAWC, Tibet ASγ and LHAASO) are emitted only from the SNR tail. Under this assumption, the multi-wavelength spectrum of the head region can be explained with either hadronic or leptonic models, while the leptonic model for the tail region is in contradiction with the emission above 10 TeV and X-rays. In contrast, the hadronic model could reproduce the observed spectrum at the tail by assuming a proton spectrum with a cutoff energy of ~1 PeV for that region. Such high-energy emission in this middle-aged SNR (4−10 kyr) can be explained by considering a scenario where protons escaping from the SNR in the past interact with surrounding dense gases at present.

Conclusions. The γ-ray emission region detected with the MAGIC telescopes in the SNR G106.3+2.7 is extended and spatially coincident with the radio continuum morphology. The multi-wavelength spectrum of the emission from the tail region suggests proton acceleration up to ~PeV, while the emission mechanism of the head region could either be hadronic or leptonic.

Link: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202244931


S. Campion, J. D. Uribe-Suárez, J. D. Melon Fuksman, J. A. Rueda, MeV, GeV and TeV Neutrinos from Binary-Driven Hypernovae, published in Symmetry, 15, 412 on February 3, 2023.

We analyze neutrino emission channels in energetic (≳1052 erg) long gamma-ray bursts within the binary-driven hypernova model. The binary-driven hypernova progenitor is a binary system composed of a carbon-oxygen star and a neutron star (NS) companion. The gravitational collapse leads to a type Ic supernova (SN) explosion and triggers an accretion process onto the NS. For orbital periods of a few minutes, the NS reaches the critical mass and forms a black hole (BH). Two physical situations produce MeV neutrinos. First, during the accretion, the NS surface emits neutrino–antineutrino pairs by thermal production. We calculate the properties of such a neutrino emission, including flavor evolution. Second, if the angular momentum of the SN ejecta is high enough, an accretion disk might form around the BH. The disk’s high density and temperature are ideal for MeV-neutrino production. We estimate the flavor evolution of electron and non-electron neutrinos and find that neutrino oscillation inside the disk leads to flavor equipartition. This effect reduces (compared to assuming frozen flavor content) the energy deposition rate of neutrino–antineutrino annihilation into electron–positron (e+e) pairs in the BH vicinity. We then analyze the production of GeV-TeV neutrinos around the newborn black hole. The magnetic field surrounding the BH interacts with the BH gravitomagnetic field producing an electric field that leads to spontaneous e+e pairs by vacuum breakdown. The e+e plasma self-accelerates due to its internal pressure and engulfs protons during the expansion. The hadronic interaction of the protons in the expanding plasma with the ambient protons leads to neutrino emission via the decay chain of π-meson and μ-lepton, around and far from the black hole, along different directions. These neutrinos have energies in the GeV-TeV regime, and we calculate their spectrum and luminosity. We also outline the detection probability by some current and future neutrino detectors.

Link: https://doi.org/10.3390/sym15020412


Wang, Yu, Becerra, L. M., Fryer, C. L., Rueda, J. A., Ruffini, R., GRB 171205A: Hypernova and Newborn Neutron Star, published in The Astrophysical Journal, Volume 945, Issue 2 on March 9, 2023.

GRB 171205A is a low-luminosity, long-duration gamma-ray burst (GRB) associated with SN 2017iuk, a broad-line type Ic supernova (SN). It is consistent with having been formed in the core collapse of a widely separated binary, which we have called the binary-driven hypernova of type III. The core collapse of the CO star forms a newborn NS (νNS) and the SN explosion. Fallback accretion transfers mass and angular momentum to the νNS, here assumed to be born non-rotating. The accretion energy injected into the expanding stellar layers powers the prompt emission. The multiwavelength power-law afterglow is explained by the synchrotron radiation of electrons in the SN ejecta, powered by energy injected by the spinning νNS. We calculate the amount of mass and angular momentum gained by the νNS, as well as the νNS rotational evolution. The νNS spins up to a period of 47 ms, then releases its rotational energy powering the synchrotron emission of the afterglow. The paucity of the νNS spin explains the low-luminosity characteristic and that the optical emission of the SN from the nickel radioactive decay outshines the optical emission from the synchrotron radiation. From the νNS evolution, we infer that the SN explosion had to occur at most 7.36 h before the GRB trigger. Therefore, for the first time, the analysis of the GRB data leads to the time of occurrence of the CO core collapse leading to the SN explosion and the electromagnetic emission of the GRB event.
 
 
Krut, A., Argüelles, C. R., Chavanis, P. -H., Rueda, J. A., Ruffini, R., Galaxy Rotation Curves and Universal Scaling Relations: Comparison between Phenomenological and Fermionic Dark Matter Profiles, published in The Astrophysical Journal, Volume 945, Issue 1, on March 1, 2023.

Galaxies show different halo scaling relations such as the radial acceleration relation, the mass discrepancy acceleration relation (MDAR), or the dark matter (DM) surface density relation. At difference with traditional studies using phenomenological ΛCDM halos, we analyze the above relations assuming that DM halos are formed through a maximum entropy principle (MEP) in which the fermionic (quantum) nature of the DM particles is dully accounted for. For the first time, a competitive DM model based on first physical principles, such as (quantum) statistical-mechanics and thermodynamics, is tested against a large data set of galactic observables. In particular, we compare the fermionic DM model with empirical DM profiles: the Navarro–Frenk–White (NFW) model, a generalized NFW model accounting for baryonic feedback, the Einasto model, and the Burkert model. For this task, we use a large sample of 120 galaxies taken from the Spitzer Photometry and Accurate Rotation Curves data set, from which we infer the DM content to compare with the models. We find that the radial acceleration relation and MDAR are well explained by all the models with comparable accuracy, while the fits to the individual rotation curves, in contrast, show that cored DM halos are statistically preferred with respect to the cuspy NFW profile. However, very different physical principles justify the flat inner-halo slope in the most-favored DM profiles: while generalized NFW or Einasto models rely on complex baryonic feedback processes, the MEP scenario involves a quasi-thermodynamic equilibrium of the DM particles.

Link: https://doi.org/10.3847/1538-4357/acb8bd


H. Barzegar, M. Bigdeli, G. H. Bordbar, and B. Eslam Panah, Stable three-dimensional (un)charged AdS gravastars in gravity’s rainbow, published in European Physical Journal C 83, 151 on February 16, 2023.

In this work, we study the three-dimensional AdS gravitational vacuum stars (gravastars) in the context of gravity’s rainbow theory. Then we extend it by adding the Maxwell electromagnetic field. We compute the physical features of gravastars, such as proper length, energy, entropy, and junction conditions. Our results show that the physical parameters for charged and uncharged states depend significantly on rainbow functions. Besides from charged state, they also depend on the electric field. Finally, we explore the stability of thin shell of three-dimensional (un)charged AdS gravastars in gravity’s rainbow. We show that the structure of thin shell of these gravastars may be stable and is independent of the type of matter.

Link: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-023-11295-3


B. Eslam Panah and M. E. Rodrigues, Topological phantom AdS black holes in F(R) gravity,accepted for publication in European Physical Journal C (March 2023).

In this paper, we obtain exact phantom (A)dS black hole solutions in the context of F(R) gravity with topological spacetime in four dimensions. Then, we study the effects of different parameters on the event horizon. In the following, we calculate the conserved and thermodynamic quantities of the system and check the first law of thermodynamics for these kinds of black holes. Next, we evaluate the local stability of the topological phantom (A)dS black holes in F(R) gravity by studying the heat capacity and the geometrothemodynamic, where we show that the two approaches agree. We extend our study and investigate global stability by employing the Gibbs potential and the Helmholtz free energy. In addition, the effects of different parameters on local and global stabilities will be highlighted.
 
 

 
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