Observability of high density tracing molecular lines in lensed galaxies with the Atacama large millimeter array

Lo scopo di questo lavoro di tesi è indagare le capacità di ALMA di osservare il continuo e le righe molecolari di emissione di HCN, HCO+ e HNC, in galassie lensate ad alto z, nelle prime fasi della loro formazione. Per farlo vengono utilizzate osservazioni ALMA di righe di emissione molecolare, relative a dati pubblici di Ciclo 0. Queste osservazioni vengono utilizzate per simulare in modo realistico l’emissione da parte di galassie ad alto z e la risposta osservativa del telescopio, assumendo diverse possibili geometrie di lensing. Inoltre le recenti osservazioni ALMA sono state utilizzate per aggiornare le relazioni già esistenti tra la luminosità FIR e la luminosità delle righe molecolari. Queste recenti osservazioni con maggiore sensibilità e risoluzione angolare, sembrano essere in buon accordo con le precedenti osservazioni. Per realizzare questo progetto di tesi, sono stati scaricati dall’archivio ALMA i dati non calibrati relativi a due sorgenti ben studiate: NGC1614, rappresentativa delle galassie di tipo starburst ed IRAS 20551-4250, un AGN oscurato. Il processo di calibrazione è stato ripetuto per esaminare le proprietà dei cubi di dati utilizzando il pacchetto Common Astronomy Software Applications (CASA). Le righe spettrali osservate e l’emissione del continuo sono state successivamente estrapolate ad alto z riscalando adeguatamente le distanze, le dimensioni delle sorgenti e le frequenze di emissione. In seguito è stato applicato un modello di lensing gravitazionale basato su quello di Lapi et al. (2012). Sono state considerate diverse configurazioni tra lente e sorgente per ottenere diverse geometrie delle immagini e diversi fattori di amplificazione. Infine stato utilizzato il software CASA per simulare le osservazioni ALMA in modo da verificare le capacità osservative del telescopio al variare della geometria del sistema. Per ogni riga molecolare e per l’emissione del continuo sono state determinate la sensibilit e la risoluzione che possono essere raggiunte con le osservazioni ALMA e sono state analizzate alcune strategie osservative per effettuare survey di righe spettrali in oggetti lensati. Inoltre stata analizzata la possibilit di caratterizzare oggetti starburst ed AGN dai rapporti tra le righe di emissione delle molecole traccianti di alta densit. Le prestazioni di ALMA consentiranno di distinguere e stimare i contributi relativi di SB ed AGN in galassie lensate a z > 2.5, quindi vicine alla loro presunta epoca di formazione (Lapi et al. 2010), in meno di 5 minuti di osservazione per qualsiasi fattore di magnificazione. Nel presente lavoro sono state inoltre discusse alcune strategie osservative per condurre survey o followup per osservare le righe di HCN(4-3), HCO+(4-3) e HNC(4-3) in galassie lensate a redshift 2.5 < z < 3, dimostrando che sono possibili per campioni statisticamente significativi in tempi relativamente brevi.

Vincoli cosmologici da supernovae ad alto redshift

Le SNe Ia vengono utilizzate in cosmologia come indicatori di distanza. Nel 1998 due team di ricerca, il Supernova Cosmology Project e l'High-z Supernova Search Team compirono degli studi su un campione di SNe in galassie lontane a z=0.2-0.9. Da questi lavori emerse che le luminosità apparenti erano tipicamente inferiori del 25% rispetto ai valori attesi. Questo indica che tali oggetti si trovano ad una distanza di luminosità superiore a quella prevista da modelli d'Universo dominati da materia. Venne quindi determinata per la prima volta l'evidenza di un Universo in condizione di espansione accelerata. Lo scopo del presente lavoro di tesi è quello di analizzare i vincoli cosmologici imposti da SNe Ia ad alto redshift. È stato compiuto uno studio sui moduli di distanza osservativi di un campione di 580 SNe Ia al fine di trovare i parametri cosmologici che meglio descrivono il loro andamento in funzione del redshift nell'ambito dei modelli cosmologici standard con costante cosmologica positiva. Nella prima parte si illustreranno i modelli d’Universo di Friedmann, introducendo i concetti di redshift, di fattore di scala e i vari tipi di distanza. Nella seconda parte si descriverà cosa sono le Supernovae, e in particolare, le SNe di tipo Ia, le proprietà che le rendono candele standard e l'importanza che hanno assunto in cosmologia. Nella terza parte verranno presentanti i risultati prodotti per i due modelli studiati, verrà inoltre discussa la compatibilità con i parametri prodotti nei lavori compiuti dai due team di ricerca.

Investigating evidence for different black hole accretion modes since redshift z ∼ 1

Chandra data in the COSMOS, AEGIS-XD and 4 Ms Chandra Deep Field South are combined with multiwavelength photometry available in those fields to determine the rest-frame U − V versus V − J colours of X-ray AGN hosts in the redshift intervals 0.1 < z < 0.6 (mean z¯=0.40) and 0.6 < z < 1.2 (mean z¯=0.85). This combination of colours provides an effective and least model-dependent means of separating quiescent from star-forming, including dust reddened, galaxies. Morphological information emphasizes differences between AGN populations split by their U − V versus V − J colours. AGN in quiescent galaxies consist almost exclusively of bulges, while star-forming hosts are equally split between early- and late-type hosts. The position of AGN hosts on the U − V versusV − J diagram is then used to set limits on the accretion density of the Universe associated with evolved and star-forming systems independent of dust induced biases. It is found that most of the black hole growth at z≈ 0.40 and 0.85 is associated with star-forming hosts. Nevertheless, a non-negligible fraction of the X-ray luminosity density, about 15–20 per cent, at both z¯=0.40 and 0.85, is taking place in galaxies in the quiescent region of the U − V versus V − J diagram. For the low-redshift sub-sample, 0.1 < z < 0.6, we also find tentative evidence, significant at the 2σ level, that AGN split by their U − V and V − J colours have different Eddington ratio distributions. AGN in blue star-forming hosts dominate at relatively high Eddington ratios. In contrast, AGN in red quiescent hosts become increasingly important as a fraction of the total population towards low Eddington ratios. At higher redshift, z > 0.6, such differences are significant at the 2σ level only for sources with Eddington ratios ≳ 10^− 3. These findings are consistent with scenarios in which diverse accretion modes are responsible for the build-up of supermassive black holes at the centres of galaxies. We compare these results with the predictions of theGALFORM semi-analytic model for the cosmological evolution of AGN and galaxies. This model postulates two black hole fuelling modes, the first is linked to star formation events and the second takes place in passive galaxies. GALFORM predicts that a substantial fraction of the black hole growth at z < 1 is associated with quiescent galaxies, in apparent conflict with the observations. Relaxing the strong assumption of the model that passive AGN hosts have zero star formation rate could bring those predictions in better agreement with the data.

SHARDS: survey for high-Z absorption red & dead sources

SHARDS, an ESO/GTC Large Program, is an ultra-deep (26.5 mag) spectro-photometric survey with GTC/OSIRIS designed to select and study massive passively evolving galaxies at z=1.0-2.3 in the GOODS-N field using a set of 24 medium-band filters (FWHM ∼ 17 nm) covering the 500-950 nm spectral range. Our observing strategy has been planned to detect, for z>1 sources, the prominent Mg absorption feature (at rest-frame ∼ 280 nm), a distinctive, necessary, and sufficient feature of evolved stellar populations (older than 0.5 Gyr). These observations are being used to: (1) derive for the first time an unbiased sample of high-z quiescent galaxies, which extends to fainter magnitudes the samples selected with color techniques and spectroscopic surveys; (2) derive accurate ages and stellar masses based on robust measurements of spectral features such as the Mg_UV or D(4000) indices; (3) measure their redshift with an accuracy Δz/(1+z)<0.02; and (4) study emission-line galaxies (starbursts and AGN) up to very high redshifts. The well-sampled optical SEDs provided by SHARDS for all sources in the GOODS-N field are a valuable complement for current and future surveys carried out with other telescopes (e.g., Spitzer, HST, and Herschel).

Effects of spin on high-energy radiation from accreting black holes

Observations of jets in X-ray binaries show a correlation between radio power and black hole spin. This correlation, if confirmed, points toward the idea that relativistic jets may be powered by the rotational energy of black holes. In order to examine this further, we perform general relativistic radiative transport calculations on magnetically arrested accretion flows, which are known to produce powerful jets via the Blandfordâ Znajek (BZ) mechanism. We find that the X-ray and γ-ray emission strongly depend on spin and inclination angle. Surprisingly, the high-energy power does not show the same dependence on spin as the BZ jet power, but instead can be understood as a redshift effect. In particular, photons observed perpendicular to the spin axis suffer little net redshift until originating from close to the horizon. Such observers see deeper into the hot, dense, highly magnetized inner disk region. This effect is largest for rapidly rotating black holes due to a combination of frame dragging and decreasing horizon radius. While the X-ray emission is dominated by the near horizon region, the near-infrared (NIR) radiation originates at larger radii. Therefore, the ratio of X-ray to NIR power is an observational signature of black hole spin.

The'cave' mineral oxammite: a high resolution thermogravimetry and Raman spectroscopic study

The thermal decomposition of natural ammonium oxalate known as oxammite has been studied using a combination of high resolution thermogravimetry coupled to an evolved gas mass spectrometer and Raman spectroscopy coupled to a thermal stage. Three mass loss steps were found at 57, 175 and 188°C attributed to dehydration, ammonia evolution and carbon dioxide evolution respectively. Raman spectroscopy shows two bands at 3235 and 3030 cm-1 attributed to the OH stretching vibrations and three bands at 2995, 2900 and 2879 cm-1, attributed to the NH vibrational modes. The thermal degradation of oxammite may be followed by the loss of intensity of these bands. No intensity remains in the OH stretching bands at 100°C and the NH stretching bands show no intensity at 200°C. Multiple CO symmetric stretching bands are observed at 1473, 1454, 1447 and 1431cm-1, suggesting that the mineral oxammite is composed of a mixture of chemicals including ammonium oxalate dihydrate, ammonium oxalate monohydrate and anhydrous ammonium oxalate.

Micropolar flow in a porous channel with high mass transfer

Two dimensional flow of a micropolar fluid in a porous channel is investigated. The flow is driven by suction or injection at the channel walls, and the micropolar model due to Eringen is used to describe the working fluid. An extension of Berman's similarity transform is used to reduce the governing equations to a set of non-linear coupled ordinary differential equations. The latter are solved for large mass transfer via a perturbation analysis where the inverse of the cross-flow Reynolds number is used as the perturbing parameter. Complementary numerical solutions for strong injection are also obtained using a quasilinearisation scheme, and good agreement is observed between the solutions obtained from the perturbation analysis and the computations.