Astronomia, Astrofisica e Geofisica
Stiamo vivendo tempi entusiasmanti per l'astrofisica e la cosmologia, e siamo ora in grado di misurare i segnali elettromagnetici prodotti durante tutte le fasi dell'evoluzione dell'universo. Il nostro Dipartimento sta dando un contributo chiave a questa esplorazione scientifica in diverse aree.
- Cosmologia
Radiazione Cosmica di Fondo (CMB). I fotoni CMB attraversano la maggior parte dell'universo, nello spazio e nel tempo, prima di raggiungerci. Quindi le loro proprietà osservative (spettro, anisotropia, polarizzazione, statistica) permettono di studiare direttamente l'evoluzione dell'universo nelle sue prime fasi. Siamo attivi nella misurazione dell'anisotropia CMB nella direzione di cluster di galassie, nella costruzione di innovativi esperimenti e nello sviluppo di nuove tecnologie e metodi personalizzati come specificato di seguito. L'esperimento OLIMPO ha lo scopo di misurare l'anisotropia spaziale spettrale nella banda del millimetro. Gli esperimenti QUBIC e LSPE (rispettivamente posti in cima alle Ande Argentine e nell astratosfera artica invernale) hanno lo scopo di misurare la polarizzazione del CMB polarization a scale intermedie e grandi. L'esperimento COSMO (con sede a Dome-C in Antarctica) ha come obiettivo quello di misurare le distorsioni spettrali della CMB usando un spettrometro Fourier-transform freddo. Stiamo inoltre sviluppando nuovi array di rivelatori che sfruttano la tecnologia del rivelatore di induttanza cinetica, in collaborazione con IFN-CNR. Questi rilevatori sono stati selezionati per funzionare su OLIMPO (140, 200, 340, 480 GHz) e COSMO (140, 220 GHz). Sono in fase di studio applicazioni future a telescopi più grandi a bassa frequenza. Le osservazioni tramite BOOMERanG e Planck nelle quali il nostro gruppo ha dato contributi molto importanti, hanno prodotto una grande quantità di nuove informazioni, che sono ancora in fase di analisi con tecniche originali, in una ottimale interazione con altri dati cosmologici, che permettono di porre dei limiti osservativi ai dettagli dei modelli cosmologici.
Membri: De Bernardis, Battistelli, De Petris, Melchiorri, Masi, Maoli, Lamagna, Piacentini
- Astrofisica extragalattica
Comprendere la natura delle prime stelle, le prime galassie e i buchi neri è una delle domande più urgenti nell'astrofisica moderna. Questi sono anche tra i principali obiettivi scientifici delle campagne in corso, con strumenti all'avanguardia come Hubble Space Telescope (HST), Atacama Large Millimeter Array (ALMA), il prossimo James Webb Space Telescope (JWST, 2021) e la nuova generazione di fotocamere ad onde millimetriche come MUSCAT e TolTEC. Indaghiamo i processi fisici che modellano l'Universo nelle sue prime fasi attraverso una combinazione di modelli teorici, simulazioni numeriche e confronti dettagliati con dati osservativi. Seguiamo un approccio a più lunghezze d'onda che mira a modellare le proprietà delle prime galassie in diverse bande dello spettro elettromagnetico (raggi X, UV, IR, radio) così come le luminosità delle onde gravitazionali da oggetti compatti e da buchi neri al centro delle galassie..
- Astrofisica galattica e stellare
Abbiamo sviluppato la modellazione teorica e numerica, compresi i codici in calcolo parallelo di alto livello, e la applichiamo a vari campi, fra cui: la dinamica delle stelle in sistemi stellari densi, la formazione e l'evoluzione di ammassi stellari nucleari, la formazione di buch neri supermassivi nei centri galattici, la dinamica dei sistemi planetari extrasolari, la fusione di oggetti compatti in ammassi stellari e corrispondente emissione di onde gravitazionali. Un'altra attività scientifica è legata allo studio dell'evoluzione dinamica di sistemi stellari su scale diverse, da ammassi globulari fino a gruppi di galassie, utilizzando approcci teorici e numerici, tra cui ad esempio lo studio delle instabilità termodinamiche di sistemi autogravitanti, con risultati rilevanti all'inizio dell'instabilità termodinamica, e migliorando i lavori precedenti sullo stesso argomento. Un'altra area di ricerca è legata agli esopianeti. Migliaia di esopianeti sono stati scoperti finora e l'elenco sarà esteso a decine di migliaia nel prossimo decennio, grazie a missioni spaziali dedicate e a nuova strumentazione terrestre. Tuttavia, si sa poco sulla vera natura di questi mondi lontani. Esistono atmosfere? Di cosa sono fatti? Che tipo di clima hanno? È possibile rivelare tracce di vita? Che cosa ci dice tutto questo sulla formazione e l'evoluzione dei pianeti e sull'unicità o meno del sistema solare? Le nostre attività sperimentali rispondono direttamente a queste domande attraverso osservazioni spettroscopiche di atmosfere extrasolari dallo spazio, con la missione ARIEL, e utilizzando strumentazione su osservatori a terra e su palloni aerostatici.
Membri: Capuzzo-Dolcetta, Meddi, Merafina, Pascale
- Geofisica
Monitoraggio dei parametri atmosferici: Monitoraggio dei parametri atmosferici:Il Laboratorio di Fisica Atmosferica e l'Osservatorio di Radiometria Solare sono il sito principale Boundary layer Air Quality-analysis Using Networks of Instruments (BAQUNIN), una suite di strumenti di rilevamento a distanza atmosferici gestiti in sinergia. BAQUNIN è stato finanziato dall'ESA nel 2014, all'interno del suo quadro Cal / Val di composizione atmosferica; comprende, tra gli altri, LIDAR elastici e Raman, fotometri solari, Brewer e SODAR. Questo set strumentale compone un cosiddetto "Super Sito", che offre informazioni quantitative e qualitative per un'ampia gamma di parametri atmosferici che caratterizzano le aree inquinate, principalmente focalizzate sul centro di Roma. È anche importante sottolineare che la disponibilità dei dati dei parametri atmosferici rappresenta una preziosa fonte di informazioni per studiare e valutare i cambiamenti a breve e lungo termine e il loro impatto sull'ecosistema del pianeta. I dati atmosferici acquisiti da BAQUNIN sono anche resi disponibili alla comunità scientifica e contribuiscono alla convalida delle osservazioni dallo spazio. Infine, il Super sito è operativo per programmi di tracciabilità e intercomparazione che coinvolgono reti internazionali. Stima dell'esposizione personale alla radiazione UV solare: Strettamente correlato alla valutazione della radiazione UV solare in arrivo sulla superficie terrestre da parte dello spettrofotometro Brewer, è anche la quantificazione dell'esposizione individuale alla radiazione UV solare con l'uso della tecnica dosimetrica. Sono stati condotti studi pionieristici sulle popolazioni italiane mirate e sulla migliore comprensione della tecnica dosimetrica. Meterologia applicata alla conservazione dei beni culturali: La conservazione dei manufatti nei musei dipende dalle condizioni ambientali a cui sono esposti. In questo campo le attività di ricerca si concentrano principalmente sulla caratterizzazione del clima storico e sulla valutazione delle cause di deterioramento determinate da fattori ambientali. Per quest'ultimo aspetto l'uso di accurati modelli di simulazione dinamica dell'intero edificio sta diventando un approccio efficace per prevenire i fenomeni di degrado dovuti ai cambiamenti nel clima interno.