ICRANet Newsletter

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April/May 2023

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INDICE
1. Scientific highlights: comunicato stampa ICRA - ICRANet "Supermassive black holes formation from fermionic dark matter core collapse"
2. Visita del Prof. Ruffini negli USA, 18-23 maggio, 2023
3. ICRANet GCN 33723, 4 Maggio 2023
4. Partecipazione ICRANet al “International Conference Abdildin Readings. Actual problems of modern physics”, 12 – 15 Aprile 2023, Almaty (Kazakhstan)
5. Partecipazione ICRANet alla “Second international conference of the National Institute of Physics (NIP)”, 28-29 Aprile 2023, Tirana (Albania)
6. Misurare il sole con la luna: eclissi solare totale anulare dal 1567 ad oggi. Giornate gerbertiane dal 20 Aprile al 17 Maggio, meetings online
7. Visite scientifiche presso l’ICRANet
8.Pubblicazioni recenti

 

1. Scientific highlights:comunicato stampa ICRA-ICRANet - Supermassive black holes formation from fermionic dark matter core collapse

Fundamental questions about the origin and growth of supermassive black holes in the earliest stages of the Universe's life, up to about 800 million years after the Big Bang, challenge the scientific community. An international team of ICRANet, in collaboration with researchers from the University of La Plata (Argentina), Universidad Santiago de Cali (Colombia), and Al-Farabi Kazakh University (Kazakhstan), has made a crucial contribution by proposing a new mechanism that explains how these supermassive giants arise and grow so much, so quickly. The novelty was published on May 31, 2023, by the prestigious journal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: https://doi.org/10.1093/mnras/stad1380.

The observations from the central regions of active galaxies, those that are larger and more massive than the Milky Way and have very intense radiation, suggest supermassive black holes are responsible for generating the emission of energy through jets of matter shooting out from the center of these galaxies. However, contrary to the case of black holes of stellar origin that are formed from the death of a star with a mass similar to that of the Sun, there is still a strong debate about what are the origin and main channel of formation of the progenitors (or seeds) of these supermassive giants formed in the early universe.

In the article, the team proposes a new formation mechanism to form supermassive black holes in the early universe, completely different from existing models associated with the gravitational collapse of primordial gas or hypothetical massive stars. The new model shows supermassive black holes originate from the gravitational collapse of dense nuclei of dark matter that arise in the center of the galactic halos at the time of their formation, according to the model of fermionic dark matter halos proposed by the same experts in previous researches.

The relevance of this new result is both observational and theoretical. With respect to observations, it is shown that these seeds or progenitors of black holes formed from dark matter would be born with masses of millions to hundreds of millions of times the mass of the Sun and then, once formed, grow by accretion (or incorporation) of conventional matter up to the values inferred by the observations made by large telescopes. In Fig. 1 it is shown the evolution of black hole mass for different seeds (right pannel) in the novel formation channel, and for a range of fermionic dark matter particles or darkino masses. As clearly shown in the figure, the black hole seeds formed from the gravitational collapse of the dense dark matter cores, can grow up to 10⁹-10¹⁰ M_⊙ in a fraction of the first Gyr of life of the Universe. In the left panel of Fig. 1 we show the evolution of normalized black hole spin for different efficiencies β.

Fig. 1: Black hole mass evolution in time for different black hole seeds with maximum efficiency β=1 (right panel), and normalized black hole spin α evolution for different efficiencies (left panel). Initial conditions are αi=0 and darkino masses 56keV, 100keV, 200keV, and 350keV. The spin parameter does not depend on the black hole mass. The initial redshift is z0=5.5 with t0=1022 Myr for a halo mass Mvir=5x1011M⊙.

From the theoretical viewpoint, a new solution to Einstein's General Relativity equations was found for the first time, leading to a distribution of dark matter whose nucleus is on the verge of gravitational collapse towards a massive black hole. This solution implies that the same dark matter that forms the dense nucleus is surrounded by a more diluted halo that explains the galactic rotation curves, all in a realistic and unified picture.

For more details:
On the growth of supermassive black holes formed from the gravitational collapse of fermionic dark matter cores, C. R. Argüelles, K. Boshkayev, A. Krut, G. Nurbakhyt, J. A. Rueda, R. Ruffini, R., J. D. Uribe-Suarez, R. Yunis, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 523, Issue 2, August 2023, Pages 2209–2218.

 

Link al sito della rivista: https://doi.org/10.1093/mnras/stad1380

Link ArXiv: https://arxiv.org/abs/2305.02430

Link al comunicato stampa ICRA-ICRANet: http://icranet.org/communication/31052023/eng.pdf

Link al comunicato stampa sul sito del CONICET-Argentina: https://laplata.conicet.gov.ar/proponen-una-posible-explicacion-a-como-se-formaron-los-agujeros-negros-supermasivos-en-el-universo-temprano/

Altri comunicati stampa ed informazioni di contatto: Tweets by Royal Astronomical Society (RAS) Journals in https://twitter.com/RAS_Journals/status/1664678764356435969

Contatto: Prof. Carlos R. Argüelles (UNLP, CONICET and ICRANet)
E-mail: carguelles@fcaglp.unlp.edu.ar
Prof. Remo Ruffini (Director, ICRANet)
telefono: (+39) 085 2305 4201, mobile: (+39) 339 475 2566
E-mail: ruffini@icra.it

 

2. Visita del Prof. Ruffini negli USA, 18-23 Maggio, 2023

Dal 18 al 23, 2023 il Prof. Remo Ruffini, Direttore ICRANet, ha visitato gli USA. In particolare, fino a domenica 20 maggio, ha visitato la Princeton University e l’Institute for Advanced Study (IAS) a Princeton, poiché è stato invitato a partecipare allo “IAS Founders Day 2023”.

Gli archivisti hanno anche offerto la possibilità agli alunni di consultare e firmare il registro dello IAS, un registro autografato della Faculty e dei membri che è stato conservato fin dalla nascita dell'Istituto. Tra i firmatari originari vi sono Einstein e moltri altri nomi famosi, come John von Neumann, Kurt Gödel ed Anna Stafford. Anche il nome del Prof. Ruffini è presente nel registro dello IAS.

   

Fig. 2: Il Prof. Remo Ruffini mentre guarda la sua firma nel registro dello IAS, in occasione della sua partecipazione allo IAS Founders Day 2023 a Princeton il 19 Maggio 2023.

 

Per maggiori informazioni sul programma dell’evento: https://www.ias.edu/founders-day-2023 .

Per il video riassunto dell’evento (il Prof. Ruffini è visibile al minuto 1:00): https://www.youtube.com/watch?v=focxomx7t3w&t=1s .

Subito dopo questo meeting, il Prof. Ruffini è volato a San Francisco per visitare l’Università di Stanford e, in particolare, l’Hansen Experimental Physics Laboratory (HEPL). Durante questa visita, il prof. Ruffini ha incontrato il Prof. Kent Irwin (Direttore dell’HEPL), il Prof. Giorgio Gratta, Risa Wechsler (Direttrice del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology - KIPAC) ed il Prof. Francis Everitt (Professore emerito dell’Università di Stanford, rappresentante dell’Università di Stanford nell’Assemblea ICRA e Chairman del Comitato direttivo ICRANet). In questa occasione, il Prof. Yu Wang, Presidente ICRA e Professore della Faculty ICRANet, si è collegato con tutti gli altri via GoToMeeting lunedì 22 Maggio, per fare una presentazione dei risultati scientifici recenti sulle ricerche in corso presso ICRA ed ICRANet. Questo incontro è stata anche una buona opportunità per rinforzare l’attuale ricerca congiunta sulla missione Gravity Probe B e sui recenti sviluppi astrofisici e le collaborazioni con il Prof. Peter Michelson, responsabile del programma FERMI.

Fig. 3: Da sinistra a destra: il Prof. Kent Irwin (Direttore dell’Hansen Experimental Physics Laboratory HEPL), il Prof. Peter Michaelson, il Prof. Francis Everitt ed il Prof. Remo Ruffini presso l’Università di Stanford.	Fig. 4: Da sinistra a destra: la Prof.ssa Risa Wechsler (Direttrice del Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology KIPAC presso l’Università di Stanfordy, il Prof. Francis Everitt ed il Prof. Remo Ruffini di fronte al Gravity Probe B nell’Hansen Experimental Physics Laboratory (HEPL).
Fig. 5: il Prof. Remo Ruffini con il Prof. Francis Everitt nel suo appartamento.

 

3. ICRANet GCN 33723, 4 Maggio, 2023

TITLE:   GCN CIRCULAR
NUMBER:  33723
SUBJECT: GRB 230430A: A short GRB from a neutron star merger
DATE:    23/05/04 08:30:05 GMT
FROM:    Remo Ruffini at ICRA <ruffini@icra.it>

R. Ruffini, Y. Aimuratov, L. Becerra, C.L. Bianco, C. Cherubini, S. Filippi, M. Karlica, Liang Li, R. Moradi, F. Rastegar Nia, J.A. Rueda, N. Sahakyan, Y. Wang, S.S. Xue, on behalf of the ICRANet team, report:

GRB 230430A appears to have strong similarities with GRB 090510 originating from merging binary neutron stars (Ruffini et al., 2016). Also in this case no supernova is expected. Attention should be given to the determination of the temporal slope of the late X-ray luminosity which for long GRBs coincide with the common value of the power-law index -1.48+/-0.32 of the afterglow, and for short GRBs appears to have a different power law, to be confirmed (see Fig. 7 in Ruffini et al., 2016). The GeV luminosity for long GRBs has a temporal power-law index -1.19+/-0.04 and for short GRBs it has a temporal power-law index -1.29+/-0.06 (Ruffini et al., 2021). Confirmation of the values of both slopes in GRB 230430A is highly recommended to differentiate short GRBs from long GRBs. We encourage monitoring for the possible appearance of a kilonova signal.

References:
Ruffini, R.; Muccino, M.;  Aimuratov, Y.; et al.; ApJ, 831 (2016) 178.
Ruffini, R.; Moradi, R.; Rueda, J.A; et al.; MNRAS, 504 (2021) 5301.

4. Partecipazione ICRANet al “International Conference Abdildin Readings. Actual problems of modern physics”, 12 – 15 Aprile 2023, Almaty (Kazakhstan)

Dal 12 al 15 Aprile 2023, il Prof. Remo Ruffini (Direttore ICRANet) e Shurui Zhang (ricercatore in visita presso l’ICRANet dall’USTC – Cina) sono stati invitati a presentare una lezione in occasione dell’International Conference Abdildin Readings. Actual problems of modern physics, che si è tenuta sia presso l’Al Farabi Kazakh National University ad Almaty (Kazakhstan) che online.

 

Il primo meeting di questa serie è stato organizzato nel 2013, in occasione del 75° compleanno dell’Accademico Meirkhan Abdildin e quest’anno, è stata chiaramente organizzata in occasione del suo 85° compleanno. I temi trattati nel corso della conferenza sono stati i principali campi della fisica moderna, tra cui la fisica teorica, la fisica nucleare e delle particelle, l'astrofisica e la cosmologia, la fisica dei raggi cosmici, la fisica dei plasmi, la fisica della materia condensata, la fisica termica, la biofisica, la fisica medica, i problemi metodici e filosofici della fisica. Gli obiettivi principali della conferenza erano la promozione della cooperazione tra l’Asia centrale ed i paesi partner chiave della regione, nonché la coordinazione degli studi di alto livello su temi caldi della fisica a livello internazionale e l’incoraggiamento di una proficua collaborazione tra ricercatori attivi e rappresentanti talentuosi delle giovani generazioni.

Mercoledì 12 Aprile, il Prof. Ruffini ha presentato la sua lecture dal titolo “New Physics and Astrophysicsfrom GRBs”; 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 P_bin of up to a few hours leads to an Ic/SN with a fast-spinning NS (νNS) at its center. For P_bin∼ 4–5 min, BdHN I occur with 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 P_bin∼ 10 min, BdHN II occurs with energies of 10⁵⁰–10⁵²erg. For P_bin∼ 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.

Lo stesso giorno, Shurui Zhang ha presentato un talk dal titolo “The transformation of the rotational energy of a Kerr BH”.

Per il sito web del meeting: http://kazps.kz/index.php?page=conferences/AR

5. Partecipazione ICRANet alla “Second international conference of the National Institute of Physics (NIP)”, 28-29 Aprile 2023, Tirana (Albania)

  

Dal 28 al 29 Aprile 2023, il Prof. Remo Ruffini (Direttore ICRANet) e Shurui Zhang (ricercatore in visita presso l’ICRANet dall’USTC – Cina) sono stati invitati a presentare una lezione in occasione della “Second International Conference of the National Institute of Physics (NIP)”, che si è tenuta presso l’Accademia delle Scienze albanese a Tirana.

Il NIP ha l'obiettivo di promuovere la conoscenza moderna e l'eccellenza in fisica all'interno dell'Albania e a livello internazionale. Gli obiettivi principali della conferenza sono stati la divulgazione dei risultati della ricerca nel contesto degli ultimi sviluppi della fisica (compreso l'insegnamento), il consolidamento di una rete di cooperazione tra fisici albanesi e stranieri e l'espansione del NIP attraverso nuove adesioni.

Fig. 6: il Prof. Ruffini durante la sua presentazione in occasione della Second international conference of the National Institute of Physics (NIP), 28 Aprile 2023.	Fig. 7: Shurui Zhang durante la sua presentazione in occasione della Second international conference of the National Institute of Physics (NIP), 28 Aprile 2023.

Venerdì 28 Aprile, il Prof. Ruffini ha presentato la sua lecture dal titolo “New Physics and Astrophysics from GRBs”; 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 P_bin of up to a few hours leads to an Ic/SN with a fast-spinning NS (νNS) at its center. For P_bin∼ 4–5 min, BdHN I occur with 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 P_bin∼ 10 min, BdHN II occurs with energies of 10⁵⁰–10⁵²erg. For P_bin∼ 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.

Lo stesso giorno, Shurui Zhang ha presentato un talk dal titolo “The transformation of the rotational energy of a Kerr BH”.

Per il sito web del meeting: https://ikf-akad.al/english/

6. Misurare il sole con la luna: eclissi solare totale anulare dal 1567 ad oggi. Giornate gerbertiane dal 20 Aprile al 17 Maggio, meetings online

Il convegno annuale in onore di Gerberto d'Aurillac, scienziato, astronomo scolastico e Papa, si è svolto dal 20 Aprile al 17 Maggio 2023 ed è stato coordinato, come i precedenti, dal Prof. Costantino Sigismondi, collaboratore di ICRANet, a livello internazionale. Quest'anno è stato organizzato in 4 lezioni online, tenute rispettivamente il 20 Aprile, il 4 Maggio, l'11 Maggio e il 17 Maggio 2023; per questo motivo sono state ribattezzate “Giornate gerbertiane”.

Fig. 8: B Busto-Mira di Angelo Secchi sul Pincio ; Eclissi di Sole del 20 aprile 2023 a Com (Timor Leste, courtesy of Institut Teknologi Sumatra ; Macchia solare al lembo AR 3262 foto 23 aprile 2023 riftrattore 80 mm f/7.5 a Roma @540±10 nm. Papa Silvestro II (Torino, Lit. Giordana, GranDidier e Salussolia, 1854).

La Luna ed il Sole: uno ha un diametro di un milione e mezzo di km, l'altra 3480 km, l'uno sta a 150 milioni di km dalla Terra, l'altra a 384 mila km Giovedì 20 Aprile alle 3 di notte, a Timor Est (Oceano Indiano meridionale e Nord Ovest dell'Australia) c’è stata una rara eclissi di Sole ibrida, cioè anulare verso gli estremi e totale al centro della fascia. Noi usiamo la Luna, che non ha mai cambiato il suo diametro da quando è solidificata, per misurare il Sole, conoscendo bene le distanze tra noi, la Luna e il Sole, e il profilo della Luna con un metro di accuratezza.

Per ottenere dati, questa volta il Prof. Sigismondi ha proposto, invece dei telescopi, il telefonino in Telegramma degli Astronomi a tutta la comunità scientifica internazionale. ATel #15991: https://www.astronomerstelegram.org/?read=15991 . In questo ATel, il Prof. Sigismondi ha riassunto le molte lezioni fatte insieme agli studenti per scoprire la ghost image del Sole.

Già nel 2012, si svolse presso il centro ICRANet a Pescara il Convegno internazionale in occasione dei 400 anni dalla morte di Clavio. Giovedì 20 Aprile 2023 il meeting è stato dedicato al tema dell'eclissi con un evento online sulle orme di Cristoforo Clavio, che la osservò e descrisse per primo, a Roma, nel 1567. Il 4 Maggio il meeting è stato dedicato a preparare l'osservazione dell'eclissi di Luna di penombra del 5 Maggio, gemellata con quella di Sole del 20 Aprile. L’11 Maggio il meeting è stato dedicato all’inaugurazione del volume 20 di Gerbertus con “Il Sole” di Angelo Secchi (Edizione Italiana del 1884, ora digitalizzata) e con una biografia di Gerberto d'Aurillac - Papa Silvestro II, nel 1020° anniversario della sua morte.

Video dell'eclissi anulare totale dall'Australia Occidentale: https://www.youtube.com/watch?t=8455&v=ifILl7GeZpE

L'esperimento di Archimede per misurare il diametro solare
A Siracusa, Archimede aveva escogitato di osservare il sorgere ed il tramontare del Sole sul mare, ponendo un cilindro su un righello. Da un capo del righello metteva l'occhio e ad una distanza da misurare poneva il cilindro, affinché il Sole fosse leggermente occultato. Il Prof. Sigismondi ha ripetuto l'esperimento con il banco ottico in laboratorio, in vista dell'eclissi anulare del 20 Aprile, per entrare meglio nello spirito di questo evento astronomico con la scienza ad esso collegata.

Il testo di Archimede si chiama Arenario ed è uno dei primi testi classici per lo studio del diametro solare.

Per tutti i video dell’esperimento: https://www.youtube.com/playlist?list=PLJaer2KV4929jBTdkwxA1P6rGOYfgpues.
Per il testo originale di Archimede: http://www.icranet.org/scuola_lavoro/2023-2024/20042023/Archimede_Libro_Alfa_Diametro_del_Sole.pdf.

Inaugurazione di Gerbertus 20.
Tl giornale dedicato alla storia e didattica della scienza, è arrivato al Volume 20 (si vedano le edizioni dal 2010 su www.icra.it/gerbertus). Tutti gli argomenti trattati fino ad ora sono a questo link: https://ui.adsabs.harvard.edu/search/p_=0&q=bibstem%3AGerb&sort=date%20desc%2C%20bibcode%20desc.

Per il 1020^th anniversario gerbertiano del 12 Maggio 2023 (egli morì infatti il 12 Maggio 1003), il prof. Sigismondi ha preparato il numero 20 monografico, edizione digitale del Sole di Angelo Secchi. È un testo meno conosciuto della sua stessa edizione francese del 1877.

Il Sole uscì nel 1884 postumo, in Italiano, ed è a tutt’oggi un valido testo per capire cosa si vede osservando il Sole con uno strumento pregevole come il telescopio Merz da 25 cm di diametro e 2.5 metri di focale. Questo telescopio bruciò nel Luglio del 1958 quando si trovava nella cupola centrale di Monte Mario.

Questo telescopio bruciò nel luglio del 1958 quando si trovava nella cupola centrale di Monte Mario. Giuseppe Armellini, che era il direttore, morì di crepacuore qualche giorno dopo...

Gli ospiti speciali di queste giornate gerbertiane sono stati il Prof. Remo Ruffini, Direttore ICRANet, il Prof. Paolo Ochner, Osservatorio Astrofisico di Asiago ed Università di Padova, il Prof. Virginio Oldani, SAS – Stazione astronomica di Sozzago ed il Prof. Francesco Berrilli, Università di Rome Tor Vergata ed Accademia dei Lincei.

Fig. 9: Archimede, eclissi ibrida del 1966, J.A. Eddy e Clavio: personaggi della storia dell'astronomia legati a questo tipo di eclissi per lo studio del diametro solare.

Per il sito web del meeting: http://www.icranet.org/index.php?option=com_content&task=view&id=1491
Per il video della lezione del 20 Aprile 2023: https://www.youtube.com/watch?v=A1iuNAjO4GA
Per il video della lezione del 4 Maggio 2023: https://www.youtube.com/watch?v=R6I2TCdVjW4
Per il video della lezione dell’11 Maggio 2023: https://www.youtube.com/watch?v=8AHFy8rc27s
Per il video della lezione del 17 Maggio 2023: https://www.youtube.com/watch?v=17-PYE3KVw0

 

7.Visite scientifiche presso l’ICRANet

Prof. Sergio Torres	Prof. Narek Sahakyan	Prof. Arban Uka	Prof. Mohamed Gadri	Prof. Massimo Della Valle

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.

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