Fabrizio Brighenti

Astrofisica Teorica  
La ricerca di Fabrizio Brighenti riguarda essenzialmente l'astrofisica del mezzo interstellare in galassie (Nane, Spirali ed Ellittiche) e del gas in ammassi di galassie. In particolare il lavoro attuale, svolto nell'ambito di varie collaborazioni internazionali (Universita' della California e NASA-Ames), consiste principalmente nello studio delle seguenti problematiche: 
i) dinamica dei venti galattici e loro effetto sull'evoluzione galattica;
ii) feedback dei nuclei galattici attivi sul gas in gruppi e ammassi di galassie;
iii) origine ed emissione della polvere interstellare in galassie ellittiche;
iv) determinazione della distribuzione della materia oscura in ellittiche e gruppi di galassie;
v) interazione tra raggi cosmici e gas in ammassi di galassie;
vi) storia dell'arricchimento chimico in galassie ed ammassi.

Le linee di ricerca attualmente seguite da Fabrizio Brighenti mirano alla comprensione della formazione ed evoluzione delle galassie e degli ammassi di galassie. A questo scopo viene studiato il gas presente in questi sistemi con l'idea di estrarne informazioni preziose sulla la loro storia. Uno dei problemi fondamentali della teoria della formazione delle galassie e' il ruolo del feedback delle spernovae e degli AGN sul processo di formazione stellare. In collaborazione con Annibale D'Ercole dell'Osservatorio Astronomico di Bologna e due postdoc stiamo calcolando simulazioni idrodinamiche di esplosioni di supernovae multiple in galassie nane e a spirale. Lo scopo e' capire quando si genera un vento galattico in grado di interrompere la formazione di nuove stelle. Anche eventi meno violenti, ad esempio le "fontane galattiche", sono di estremo interesse per l'evoluzione galattica, in quanto capaci di distribuire i metalli espulsi dalle supernovae in ampie regioni della galassia, modificando sensibilmente l'evoluzione chimica della stessa. Per queste simulazioni numeriche, assai costose da un punto di vista computazionale, ci si avvale dei supercomputer del centro di calcolo del CINECA. I risultati delle prime simulazioni sono gia' stati pubblicati su riviste internazionali. Su scale spaziali molto maggiori, i gruppi e gli ammassi di galassie subiscono un altro genere di feedback. Il buco nero al centro dell'ammasso e' in grado di produrre una quantita' enorme di energia, sotto forma di radiazione, particelle relativistiche e jets. Parte di questa energia viene depositata nel gas dell'ammasso e puo' essere in grado di bilanciare le perdite energetiche radiative. Questo fenomeno puo' spiegare, in linea di principio, il cosiddetto "cooling flow problem", ovvero il fatto che il gas in questi sistemi sembra non raffreddare, nonostante stia perdendo quantita' enormi di energia per radiazione. Il cooling flow problem e' attualmente al centro di un vivo dibattito nella comunita' astrofisica. Recentemente abbiamo presentato uno scenario in grado di spiegare come l'energia (cinetica) prodotta dal buco nero si accoppia con il gas e gli impedisce di raffreddare. Quando la materia accresce sul buno nero, si sviluppa un outflow collimato (come indicato da molteplici osservazioni) che trasferisce energia e momento al gas, trasportando il gas a bassa entropia delle regioni centrali a grandi distanze, "spegnendo" in questo modo il raffreddamendo. Questi modelli sono i primi a risolvere quantitativamente il "cooling flow problem" riproducendo tutte le osservazioni (profilo di temperatura dell'ICM, ecc.). Attualmente stiamo calcolando modelli simili applicati a galassie singole, con risultati preliminari promettenti. Questo lavoro viene svolto nell'ambito di una collaborazione con l'Universita' della California. Un altro filone di ricerca, collegato al precedente, si propone di studiare in dettaglio l'interazione tra i raggi cosmici e l'ICM e spiegare l'origine delle cavita' viste nelle mappe di brillanza X di ammassi. La pressione delle particelle relativistiche, probabilmente accelerate negli shock prodotti dai jet, espande il gas producendo dei minimi nell'emissione X. Le simulazioni di questa interazione, rappresentano un passo decisivo per verificare questo scenario e confrontarlo con le osservazioni. Infine, stiamo continuando un progetto sullo studio della polvere in galassie ellittiche, in collaborazione con colleghi dell'Universita' della California e della NASA. L'esistenza di polvere in ellittiche e' ben documentata da osservazioni con satelliti infrarossi (IRAS, ISO) e le sue caratteristiche principali (massa, temperatura, ecc.) sono state descritte in un articolo da noi pubblicato nel 2004. Il lancio del satellite SPITZER permette ora, per la prima volta, uno studio dettagliato della distribuzione e dell'origine della polvere in un ampio campione di galassie. Usando dati di proprieta' e dati d'archivio, abbiamo analizzato dati MIPS e IRAC di circa 50 galassie. Il risultato piu' sorprendente di questo lavoro e' stata la variazione enorme dell'emissione infrarossa (da polvere) in galassie altrimenti molto simili. Questo fenomeno non e' compreso, anche se abbiamo avanzato alcuni scenari, per ora piuttosto speculativi. Con osservazioni piu' profonde (richieste) e per un maggior numero di galassie, ci proponiamo di verificare questi scenari e determinare l'origine della polvere in queste galassie.