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Stime di massa di oggetti compatti in sistemi binari

Informazioni tesi

  Autore: Daniele Pigato
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2007-08
  Università: Università degli Studi di Ferrara
  Facoltà: Scienze Matematiche, Fisiche e Naturali
  Corso: Fisica
  Relatore: Mauro Orlandini
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 107

L’oggetto di questo lavoro di tesi consiste nel catalogare ed analizzare i vari metodi per la determinazione della massa degli oggetti compatti, stelle di neutroni (NS) e buchi neri (BH), all’interno di sistemi binari X.
Il dato di maggiore importanza che emerge da questo lavoro, è la possibilità di utilizzare vari metodi, diversi da quelli classici per poter studiare gli oggetti compatti all’interno dei sistemi binari X. In particolare lo studio mediante HFQPO, sia in sistemi contenenti NS che BH, si è dimostrato particolarmente adatto a questo scopo, fornendo risultati molto buoni e in linea con le stime di massa dinamiche, dove presenti.
Nel corso del lavoro sono stati dunque proposti alcuni modelli che prendono in considerazione le HFQPO, mediante i quali ottenere in maniera indipendente la massa dell’oggetto compatto.
Nel caso particolare dei sistemi binari X contenenti una NS, si è dimostrato particolarmente utile il modello di scala, esposto in Tabella 3.6, mentre nel caso dei BH il modello di Eq. 3.8.
E’ stato inoltre possibile dimostrare la validità del modello di correlazione spettrotemporale, proposto da Shaposhnikov & Titarchuk (2007), nel caso di due sistemi binari X contenenti un BH (GRS 1915+105 e Cyg X–1), ottenendo stime di massa in linea con quelle dinamiche o ottenute mediante HFQPO.
Infine, dalla correlazione tra HFQPO e le frequenze kepleriane delle orbite più interne, in prossimità della superficie della NS, è possibile ottenere un limite inferiore alla densità media dell’oggetto compatto, con importanti implicazioni sullo studio della struttura e composizione interna della stessa.
Questo lavoro dimostra quindi la validità di questi modelli nella determinazione della massa dell’oggetto compatto all’interno dei sistemi binari X, fornendo in questo modo nuovi strumenti di analisi indipendenti e complementari ai metodi classici, oltre che permettere di raffinare i parametri fisici ed orbitali del sistema.

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Introduzione Negli ultimi decenni è diventato sempre più importante studiare l'universo nelle di- verse bande dello spettro elettromagnetico in modo da avere informazioni sui diversi processi fisici che ne governano l'evoluzione. Sotto questo punto di vista l'astrofisica delle alte energie riveste un ruolo di pri- mo piano, permettendo di studiare i processi fisici più energetici che hanno luogo nell'universo. In particolare la banda dei raggi X e gamma consente di avere in- formazioni dirette sull'ambiente immediatamente attorno agli oggetti compatti, in particolare stelle di neutroni (NS) e buchi neri (BH) appartenenti a sistemi binari. In questi sistemi la stella compagna perde parte del suo inviluppo esterno sotto for- ma di vento stellare o per cattura gravitazionale. Questa materia viene in seguito a trovarsi nella regione di spazio in cui domina il campo gravitazionale dell'oggetto compatto e ne viene catturata accrescendo su di esso ed emettendo radiazione ad alta energia. Scopo di questa tesi sarà quello di catalogare ed analizzare i vari metodi per la determinazione della massa degli oggetti compatti, NS e BH, all'interno di sistemi binari X. Nel corso del lavoro verranno analizzati tutti quei sistemi binari, sia di piccola massa (Low Mass Xray Binaries, LMXRBs) che di grande massa (High Mass Xray Binaries, HMXRBs), sia galattici che appartenenti alle Nubi di Magellano, per i quali si dispone di una stima di massa dinamica per l'oggetto compatto ivi presente. Verranno inoltre fornite alcune stime di massa e di High Frequency Quasi Periodic Oscillations (HFQPO) previste in base ai modelli costruiti nel corso del lavoro, sia per sistemi binari X contenenti NS che BH, in modo da poterle confrontare con future misure da satellite. Nel Primo capitolo della Tesi verranno esposte le principali caratteristiche fisiche osservate in questi sistemi binari, in particolare le caratteristiche spettrali nell'emis- sione di radiazione ad opera prevalentemente del disco di accrescimento attorno all'oggetto compatto e come questi stati spettrali e la geometria stessa del disco varino in funzione del tasso di accrescimento sulla NS o sul BH. Nel Secondo capitolo, dopo una breve introduzione e classificazione dei sistemi binari X si passerà ad esporre i principali metodi attualmente in uso per lo studio e la determinazione della massa dell'oggetto compatto centrale. Ai metodi classici di tipo dinamico, che prendono in considerazione anche la stella compagna, mediante la quale ottenere la funzione di massa e in alcuni casi la massa dell'oggetto compatto Mx, verranno esposti altri metodi che studiano direttamente l'ambiente attorno all'oggetto compatto, vale a dire i segnali provenienti dal disco di accrescimento, mediante i quali ricavare in maniera diretta e indipendente la massa dell'oggetto compatto. 1

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Parole chiave

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