Stellar mass loss from the Fornax dwarf spheroidal galaxy

Dwarf galaxies often experience gravitational interactions from more massive companions. These interactions can deform galaxies, turn star formation on or off, or give rise to mass loss phenomena. In this thesis work we propose to study, through N-body simulations, the stellar mass loss suffered by the dwarf spheroid galaxy (dSph) Fornax orbiting in the Milky Way gravitational potential. Which is a key phenomenon to explain the mass budget problem: the Fornax globular clusters together have a stellar mass comparable to that of Fornax itself. If we look at the stellar populations which they are made of and we apply the scenarios of stellar population formation we find that, originally, they must have been >= 5 times more massive. For this reason, they must have lost or ejected stars through dynamic interactions. However, as presented in Larsen et al (2012), field stars alone are not sufficient to explain this scenario. We may assume that some of those stars fell into Fornax, and later were stripped by Milky Way. In order to study this solution we built several illustrative single component simulations, with a tabulated density model using the P07ecc orbit studied from Battaglia et al (2015). To divide the single component into stellar and dark matter components we have defined a posterior the probability function P(E), where E is the initial energy distribution of the particles. By associating each particle with a fraction of stellar mass and dark matter. In this way we built stellar density profiles without repeating simulations. We applied the method to Fornax using the profile density tables obtained in Pascale et al (2018) as observational constraints and to build the model. The results confirm the results previously obtained with less flexible models by Battaglia et al (2015). They show a stellar mass loss < 4% within 1.6 kpc and negligible within 3 kpc, too small to solve the mass budget problem.

Planck stars: theory and phenomenology

General Relativity (GR) is one of the greatest scientific achievements of the 20th century along with quantum theory. Despite the elegance and the accordance with experimental tests, these two theories appear to be utterly incompatible at fundamental level. Black holes provide a perfect stage to point out these difficulties. Indeed, classical GR fails to describe Nature at small radii, because nothing prevents quantum mechanics from affecting the high curvature zone, and because classical GR becomes ill-defined at r = 0 anyway. Rovelli and Haggard have recently proposed a scenario where a negative quantum pressure at the Planck scales stops and reverts the gravitational collapse, leading to an effective “bounce” and explosion, thus resolving the central singularity. This scenario, called Black Hole Fireworks, has been proposed in a semiclassical framework. The purpose of this thesis is twofold: - Compute the bouncing time by means of a pure quantum computation based on Loop Quantum Gravity; - Extend the known theory to a more realistic scenario, in which the rotation is taken into account by means of the Newman-Janis Algorithm.

La popolazione di Blue Straggler Stars in due ammassi globulari della Grande Nube di Magellano

Le Blue Straggler Stars (BSS) sono la popolazione di oggetti esotici piu' comune e numerosa negli ammassi globulari. Nel diagramma colore-magnitudine le BSS definiscono una sequenza più brillante e blu del punto di turn-off della Sequenza Principale, simulando una popolazione più giovane delle stelle dell'ammasso.  Osservazioni hanno dimostrato che le BSS hanno una massa significativamente più grande (1.2-1.7 Msun) di quella delle stelle di un ammasso globulare. Per questa proprietà, la distribuzione radiale delle BSS e' un utile strumento per tracciare empiricamente lo stato di evoluzione dinamica degli ammassi stellari. Il lavoro di tesi si è concentrato sullo studio della popolazione di BSS di due ammassi globulari della Grande Nube di Magellano: NGC2257 e NGC1754. Applicando metodi di indagine già usati per sistemi stellari della Via Lattea, abbiamo derivato le eta' dinamiche di questi due sistemi e le abbiamo confrontate con stime teoriche.

Habitat use of migrating dwarf minke whales (Balaenoptera acutorostrata subspecies) in Tasmanian waters

The Great Barrier Reef hosts the only known reliable aggregation of dwarf minke whale (Balaenoptera acutorostrata subspecies) in Australian waters. While this short seasonal aggregation is quite predictable, the distribution and movements of the whales during the rest of their annual cycle are poorly understood. In particular, feeding and resting areas on their southward migration which are likely to be important have not been described. Using satellite telemetry data, I modelled the habitat use of seven whales during their southward migration through waters surrounding Tasmania. The whales were tagged with LIMPET satellite tags in the GBR in July 2013 (2 individuals) and 2014 (5 individuals). The study area around Tasmania was divided into 10km² cells and the time spent by each individual in each cell was calculated and averaged based on the number of animals using the cell. Two areas of high residency time were highlighted: south-western Bass Strait and Storm Bay (SE Tasmania). Remotely sensed ocean data were extracted for each cell and averaged temporally during the entire period of residency. Using Generalised Additive Models I explored the influence of key environmental characteristics. Nine predictors (bathymetry, distance from coast, distance from shore, gradient of sea surface temperature, sea surface height (absolute and variance), gradient of current speed, wind speed and chlorophyll-a concentration) were retained in the final model which explained 68% of the total variance. Regions of higher time-spent values were characterised by shallow waters, proximity to the coast (but not to the shelf break), high winds and sea surface height but low gradient of sea surface temperature. Given that the two high residency areas corresponded with regions where other marine predators also forage in Bass Strait and Storm Bay, I suggest the whales were probably feeding, rather than resting in these areas.

Action-based dynamical models of the Fornax dwarf spheroidal galaxy

Il lavoro presentato in questa Tesi si basa sul calcolo di modelli dinamici per Galassie Sferoidali Nane studiando il problema mediante l'utilizzo di funzioni di distribuzione. Si è trattato un tipo di funzioni di distribuzione, "Action-Based distribution functions", le quali sono funzioni delle sole variabili azione. Fornax è stata descritta con un'appropriata funzione di distribuzione e il problema della costruzione di modelli dinamici è stato affrontato assumendo sia un alone di materia oscura con distribuzione di densità costante nelle regioni interne sia un alone con cuspide. Per semplicità è stata assunta simmetria sferica e non è stato calcolato esplicitamente il potenziale gravitazionale della componente stellare (le stelle sono traccianti in un potenziale gravitazionale fissato). Tramite un diretto confronto con alcune osservabili, quali il profilo di densità stellare proiettata e il profilo di dispersione di velocità lungo la linea di vista, sono stati trovati alcuni modelli rappresentativi della dinamica di Fornax. Modelli calcolati tramite funzioni di distribuzione basati su azioni permettono di determinare in maniera autoconsistente profili di anisotropia. Tutti i modelli calcolati sono caratterizzati dal possedere un profilo di anisotropia con forte anisotropia tangenziale. Sono state poi comparate le stime di materia oscura di questi modelli con i più comuni e usati stimatori di massa in letteratura. E stato inoltre stimato il rapporto tra la massa totale del sistema (componente stellare e materia oscura) e la componente stellare di Fornax, entro 1600 pc ed entro i 3 kpc. Come esplorazione preliminare, in questo lavoro abbiamo anche presentato anche alcuni esempi di modelli sferici a due componenti in cui il campo gravitazionale è determinato dall'autogravità delle stelle e da un potenziale esterno che rappresenta l'alone di materia oscura.

Le Blue Straggler Stars e le popolazioni multiple in quattro ammassi globulari galattici

In questo elaborato viene presentato lo studio fotometrico di quattro ammassi globulari galattici. I target di questa Tesi fanno parte della HST UV Legacy Survey degli ammassi globulari galattici (Piotto et al. 2015). Nell'ambito di questa survey sono stati osservati, in modo omogeneo, 57 ammassi globulari galattici con il telescopio spaziale Hubble e la camera WFC3, in tre bande fotometriche ultraviolette e blu. Un dataset così composto è adatto a numerosi scopi, tra cui lo studio delle popolazioni calde come le BSS e delle popolazioni multiple. Sono stati selezionati quattro ammassi particolarmente popolosi e tra i più densi del campione, allo scopo di mettere a punto indicatori di evoluzione dinamica e comprendere il ruolo di quest'ultima sulle proprietà delle popolazioni multiple presenti nei sistemi selezionati. Lo studio dell'evoluzione dinamica è stato effettuato tramite la distribuzione radiale delle BSS (Blue Straggler Stars), che è stato dimostrato esserne un efficiente indicatore (Ferraro et al. 2012). I risultati ottenuti evidenziano chiaramente che tutti gli ammassi selezionati si trovano in fasi avanzate di evoluzione dinamica, come suggerito dall'alta densità che li caratterizza. Anche lo studio delle proprietà delle popolazioni multiple, ovvero sottopopolazioni con differenti abbondanze chimiche di elementi leggeri, la cui presenza è stata recentemente osservata negli ammassi globulari, è stato effettuato tramite lo studio della loro distribuzione radiale. Tra i quattro casi analizzati, soltanto M 15 ha mostrato una separazione significativa tra le distribuzioni radiali delle due popolazioni.

Abbondanze chimiche delle Blue Straggler Stars dell'ammasso aperto NGC 188

My Thesis work is aimed at searching for evidence of CO-depletion in the atmosphere of these objects. To this end, I am analyzing high-resolution spectra recently acquired with the spectrograph HDS at the Subaru Telescope. The global sample is composed of 5 BSSs with hot WD companions, 3 additional binary BSSs with no a significant far-UV excess, and one "normal" stars (along the RGB star) needed for comparison. The analysis will provide us with the surface chemical abundances (especially of C and O) of the target stars. The final goal is to verify the expected {chemical signature} and put constraints on its characteristic time scale (for instance, a positive detection in the 5 BSSs with hot companions and a non-detection in the other 3 binary BSSs would imply that CO-depletion is a transient phenomenon, lasting approx 300 Myr only). The analysis will also provide us with the rotational velocities of each target, thus allowing to investigate their kinematical properties and shed new light on their evolutionary path.