ICRANet Newsletter

ICRANet Boletim informativo
Outubro – Novembro 2016

English   Italian   Persian   Portuguese

SUMÁRIO
1. Reunião do Comitê Científico do ICRANet 2016
2. Visita do Prof. Ruffini, Diretor do ICRANet, à Universidade de Shanghai Jiao Tong na China
3. Renovação do acordo com o Instituto de Física das Altas Energias, CAS
4. Novo acordo de colaboração: ICRANet – UDESC
5. Laura Becerra, estudante de Doutorado do ICRANet, mudou para Los Alamos para fomentar cooperação na rede do ICRANet
6. Projeto "Alternância entre escola e trabalho" com o Liceu Científico Galileo Galilei de Pescara
7. Visita do Prof. Rueda à Universidade Nacional Al-Farabi (KazNU) e ao Instituto de Astrofísica Fesenkov em Almaty, Kazaquistão
8. Últimas publicações
9. O ICRANet e o World University Ranking

1. Reunião do Comitê Científico do ICRANet 2016

De 28 a 30 de Novembro foi realizada a reunião anual do Comitê Científico do ICRANet na sede do ICRANet em Pescara. Foram discutidos os resultados científicos bem como as publicações das diferentes linhas de pesquisa do ICRANet em 2016 com os representantes dos Membros do ICRANet que se reuniram em Pescara: Prof. Felix Aharonian (Armênia), Dr. Carlo Luciano Bianco (ICRA), Prof . Massimo Della Valle (Itália), Dr. Gabriele Gionti (Cidade do Vaticano), Prof. John Mester (Universidade de Stanford), Prof. Marcelo Guzzo Peres Menezes (Brasil), Prof. Jorge Rueda com procuração do Prof. David Arnett (Universidade do Arizona), Prof. Remo Ruffini (Diretor de ICRANet) e Prof. Paolo Giommi (ASDC and BSDC). Durante a reunião foram apresentadas também as atividades científicas e de formação desenvolvidas pelo ICRANet em 2016.

2. Visita do Prof. Ruffini, Diretor do ICRANet, à Universidade de Shanghai Jiao Tong na China

No dia 7 de Novembro o Prof. Ruffini realizou a conferência: “Supernovae, Hypernovae and Binary Driven Hypernovae” na Universidade de Shanghai Jiao Tong. O organizador do evento dedicado à astrofísica relativística foi o membro mais jovem da Academia Chinesa das Ciências, o Professor Jing Yipeng, do Departamento de Física da referida universidade e ex-estudante IRAP PhD do Professor Ruffini. Nesta ocasião, O professor Ruffini e o Prof. Jin Yipeng discutiram sobre a colaboração entre o ICRANet e o Centro para Astronomia e Astrifísica (CAA), e abordaram a questão da organização do 5º Encontro Galileo-Xu Guangqi (GX V) que se realizará em Junho de 2017 no monte Emei na província de Sichuan (China).

Alem disso, o Professor Ruffini anunciou a data e o local em que se realizarão as celebrações do 20° aniversário da descoberta dos afterglow dos Gamma Ray Bursts. «Estamos prestes a celebrar na cidade de Roma, na Universidade Sapienza, bem como na cidade de Pescara, na nossa sede ICRANet, também esse importante aniversário que começará em 28 de fevereiro, prolongando-se por uma semana» declarou o Professor Ruffini. «Essas celebrações são particularmente importantes pois estamos nos aproximando cada vez mais à total compreensão dos GRBs; e esta será uma excelente ocasião para reunir especialistas de todo o mundo nas duas sedes italianas do ICRANet (nas regiões de Abruzo e Lácio) a partir de onde será possível seguir todos os diferentes caminhos que levaram à compreensão deste grande fenômeno cosmológico. Ademais, essa minha viagem à China abrirá as portas para a entrada deste País no ICRANet, como estado membro».

3. Renovação do acordo com o Instituto de física das altas energias, CAS

No dia 4 de Novembro foi renovado o Acordo entre o ICRANet e o IHEP (acrônimo para Instituto de Física das Altas Energias, pela sua sigla em inglês) da Academia Chinesa de Ciências. O novo acordo foi assinado pelo professor Shuangnan Zhang, Diretor do Centro para Astrofísica da Partículas, e o Prof. Ruffini, Diretor do ICRANet. O acordo terá vigência de 5 anos; as atividades a serem desenvolvidas no âmbito do presente Protocolo de Cooperação consistirão de:
- promoção de atividades de pesquisa teorética e de observação relacionadas com as áreas de Astrofísica Relativística;
- ações conjuntas envolvendo o intercâmbio institucional do pessoal docente, dos pesquisadores, bolsistas de pós doutorado e estudantes;
- fomento ao desenvolvimento tecnológico entre IHEP e ICRANet;
- desenvolvimento de um Centro para a elaboração de dados astrofísicos;
- oferta de cursos de treinamento e formação;
- organização de simpósios, conferências e cursos de curta duração;
- promoção de publicações conjuntas.

Para mais detalhes, acesse aqui.

4. Novo acordo de colaboração: ICRANet - UDESC

No dia 9 de outubro foi assinado um novo Acordo de cooperação entre a Fundação Universidade do Estado de Santa Catarina e o ICRANet. O acordo, assinado pelo Prof. Marcus Tomasi, Reitor da UDESC e pelo Prof. Remo Ruffini, Diretor do ICRANet, visa: prestar reciprocamente assessoria e apoio científico e cultural ao intercâmbio de pessoal docente e estudantes, conforme programas anuais previamente estabelecidos, propor e desenvolver projetos de pesquisa conjunta, desenvolver formas e ações de cooperação em outras áreas de interesse mútuo. As partes estabelecem que cada atividade específica a desenvolver será definida e detalhada em termos de seus objetivos, mecanismos, prazos e recursos.

Para o texto do Acordo, acesse aqui.

5. Laura Becerra, estudante de Doutorado do ICRANet, mudou para Los Alamos para fomentar cooperação na rede do ICRANet

Ela se chama Laura Becerra e é uma investigadora do ICRANet de Pescara. Estudante do IRAP PhD do Centro internacional de Pesquisa, com apenas 27 anos e originária da Colômbia, Laura é selecionada para realizar um período de mobilidade de seis meses no Laboratório Nacional de Los Alamos, nos Estados Unidos. Fomentar a colaboração entre a sede do ICRANet em Tucson (Arizona) e o Laboratório Nacional de Los Alamos é um dos objetivos desse projeto. Laura acabou de publicar seu novo artigo na prestigiada revista americana “The Astrophysical Journal”, abrindo caminho para novos questionamentos sobre os buracos negros. Pela primeira vez, um artigo analisou em detalhes o que acontece com sistemas binários quando estes se encontram na fase de acreção hipercrítica e, ao mesmo tempo, foi possível observar como se chega à formação de um buraco negro. Já em 2012, alguns cientistas do ICRANet, um centro de pesquisa chefiado pelo Professor Ruffini, estimaram a taxa de crescimento do material sobre uma estrela de nêutrons causado pela explosão de uma supernova nas suas proximidades imediatas. Graças às simulações desenvolvidas pela Dra Becerra bem como ao trabalho da equipe do ICRANet, a comunidade internacional de pesquisa na área da astrofísica relativística obteve análises detalhadas sobre a simulação da explosão de supernovas a partir de núcleos compostos de ferro, carbono e oxigênio num sistema binário e seu impacto sobre uma estrela companheira. Esses núcleos, explodindo, ejetam uma grande quantidade de matéria que cai na estrela de nêutron, aumentando a sua massa. As simulações da equipe do ICRANet, envolvendo mais de um milhão de partículas, confirmam as estimativas que os mesmos já propuseram em 2001 e desenvolveram depois em 2012, assim como definem o momento exato da origem de um buraco negro. Ademais, pela primeira vez o conceito de matriz cósmica é ilustrado como o processo astrofísico que decorre de um sistema binário composto por dois corpos celestes (um núcleo FeCO e uma estrela de nêutrons) e o transforma em um novo sistema binário composto por dois novos corpos celestes: um buraco negro e uma nova estrela de nêutrons.

O comunicado de imprensa científico pode ser acessado aqui.

6. Projeto "Alternância entre escola e trabalho" com o Liceu Científico Galileo Galilei de Pescara

O ICRANet de Pescara acolherá, ao longo do ano acadêmico 2016-2017, 25 estudantes do Liceu Científico "Galileo Galilei" de Pescara. Os docentes do ICRANet darão um total de 70 horas de aulas, sendo 30 horas dedicadas a diferentes assuntos relacionados à astrofísica e as restantes divididas entre teoria e prática.

As aulas começarão no dia 6 de Dezembro e focos das palestras serão:
1) Historia da relatividade e astrofísica
2) As estrelas Novas
3) As supernovas
4) As Ipernovas
5) As ondas gravitacionais
6) As anãs brancas
7) As estrelas de nêutrons
8) A grande explosão: cosmologia primordial e a formação de estruturas em larga escala
9) A matéria escura no Universo; pesquisas relacionadas realizadas no Instituto do Gran Sasso
10) A gravitação quântica
11) Gravidade e Espaço Tempo (de Keplero e Newton a Schwarzschild, Lense-Thirring e Kerr, o Paradoxo dos Gêmeos, aporte do prof. Ruffini)
12) Os buracos negros galácticos e os buraco negro estelares

7. Visita do Prof. Rueda à Universidade Nacional Al-Farabi (KazNU) e ao Instituto de Astrofísica Fesenkov em Almaty, Kazaquistão

O Professor Jorge Rueda visitou entre 21 e 25 de Novembro o Instituto de Física Experimental e Teórica da Faculdade de Física e Tecnologia da Universidade Nacional do Al-Farabi (KazNU) e o Instituto de Astrofísica Fesenkov (FAI) em Almaty no Kazaquistão.


O professor Rueda foi convidado pelo Prof. Kuantay Boshkayev, ex estudante de Doutorado IRAP PhD e professor na KazNU. Os dois colaboram para um projeto científico sobre as estrelas de nêutrons. O Professor Rueda realizou uma série de palestras sobre "Física e Astrofísicas das Estrelas de Nêutrons" e "Matéria Escura" na KazNU bem como uma conferência na FAI com o títuto "colapso gravitacional induzido e papel da estrutura de uma estralas de nêutrons".

8. Ultimas publicações

- "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 o World University Ranking

Em ocasião da 15ª reunião do Conselho Administrativo do ICRANet, o Dr Costantino Zazza apresentou o relatório "ICRANet e o World University Ranking", mostrando o nível atingido pelo ICRANet segundo o método de avaliação promovido pela Shanghai Jiao Tong University. O Academic Ranking of World Universities (ARWU) baseia-se, principalmente, em quatro critérios:
• qualidade do ensino;
• qualidade do pessoal docente;
• resultados da investigação;
• performance per capita.

Costantino Zazza ilustrou a lista das melhores 10 universidades segundo o ranking ARWU, comparando entre si a Univerasidade Calthech e o ICRANet, usando a base de dados SCOPUS. O resultado é evidente: o nível dos dois institutos é parecido (10,73 Caltech com 325 unidades vs. 9,00 ICRANet com 6 unidades). O que esta comparação mostra é o elevadíssimo nível do ICRANet entre as universidades avaliadas com base nas suas publicações. Isso significa que o ICRANet deve ser considerado centro de excelência, onde é possível fazer pesquisa a nível máximo de qualidade.

A esse respeito, o Prof. Ruffini ainda observou que:
- todos os trabalhos do ICRANet são publicados nas revistas científicas com um alto fator de impacto (iu seja 5.7/5.8 ou 6.0);
- grande atenção é dada ao ensino de elevada qualidade per capita, num contexto onde o processo de seleção segue o padrão das melhores universidades dos Estados Unidos, como a Universidade Stanford. Isso torna o ICRANet uma ilha de excelência na Armênia, Itália e Brasil.
A presence no ICRANet de cientistas como o Professor Barres de Almeida Ulisses, o Professor Vladimir Belinski, o Professor Jorge Rueda, o Professor Ruffini Remo e o Professor Sahakyan Narek contribui muito para esta excelente avaliação.