A high energy perspective of the co-evolution of black holes and their host galaxies

Thanks to the Chandra and XMM–Newton surveys, the hard X-ray sky is now probed down to a flux limit where the bulk of the X-ray background is almost completely resolved into discrete sources, at least in the 2–8 keV band. Extensive programs of multiwavelength follow-up observations showed that the large majority of hard X–ray selected sources are identified with Active Galactic Nuclei (AGN) spanning a broad range of redshifts, luminosities and optical properties. A sizable fraction of relatively luminous X-ray sources hosting an active, presumably obscured, nucleus would not have been easily recognized as such on the basis of optical observations because characterized by “peculiar” optical properties. In my PhD thesis, I will focus the attention on the nature of two classes of hard X-ray selected “elusive” sources: those characterized by high X-ray-to-optical flux ratios and red optical-to-near-infrared colors, a fraction of which associated with Type 2 quasars, and the X-ray bright optically normal galaxies, also known as XBONGs. In order to characterize the properties of these classes of elusive AGN, the datasets of several deep and large-area surveys have been fully exploited. The first class of “elusive” sources is characterized by X-ray-to-optical flux ratios (X/O) significantly higher than what is generally observed from unobscured quasars and Seyfert galaxies. The properties of well defined samples of high X/O sources detected at bright X–ray fluxes suggest that X/O selection is highly efficient in sampling high–redshift obscured quasars. At the limits of deep Chandra surveys (∼10−16 erg cm−2 s−1), high X/O sources are generally characterized by extremely faint optical magnitudes, hence their spectroscopic identification is hardly feasible even with the largest telescopes. In this framework, a detailed investigation of their X-ray properties may provide useful information on the nature of this important component of the X-ray source population. The X-ray data of the deepest X-ray observations ever performed, the Chandra deep fields, allows us to characterize the average X-ray properties of the high X/O population. The results of spectral analysis clearly indicate that the high X/O sources represent the most obscured component of the X–ray background. Their spectra are harder (G ∼ 1) than any other class of sources in the deep fields and also of the XRB spectrum (G ≈ 1.4). In order to better understand the AGN physics and evolution, a much better knowledge of the redshift, luminosity and spectral energy distributions (SEDs) of elusive AGN is of paramount importance. The recent COSMOS survey provides the necessary multiwavelength database to characterize the SEDs of a statistically robust sample of obscured sources. The combination of high X/O and red-colors offers a powerful tool to select obscured luminous objects at high redshift. A large sample of X-ray emitting extremely red objects (R−K >5) has been collected and their optical-infrared properties have been studied. In particular, using an appropriate SED fitting procedure, the nuclear and the host galaxy components have been deconvolved over a large range of wavelengths and ptical nuclear extinctions, black hole masses and Eddington ratios have been estimated. It is important to remark that the combination of hard X-ray selection and extreme red colors is highly efficient in picking up highly obscured, luminous sources at high redshift. Although the XBONGs do not present a new source population, the interest on the nature of these sources has gained a renewed attention after the discovery of several examples from recent Chandra and XMM–Newton surveys. Even though several possibilities were proposed in recent literature to explain why a relatively luminous (LX = 1042 − 1043erg s−1) hard X-ray source does not leave any significant signature of its presence in terms of optical emission lines, the very nature of XBONGs is still subject of debate. Good-quality photometric near-infrared data (ISAAC/VLT) of 4 low-redshift XBONGs from the HELLAS2XMMsurvey have been used to search for the presence of the putative nucleus, applying the surface-brightness decomposition technique. In two out of the four sources, the presence of a nuclear weak component hosted by a bright galaxy has been revealed. The results indicate that moderate amounts of gas and dust, covering a large solid angle (possibly 4p) at the nuclear source, may explain the lack of optical emission lines. A weak nucleus not able to produce suffcient UV photons may provide an alternative or additional explanation. On the basis of an admittedly small sample, we conclude that XBONGs constitute a mixed bag rather than a new source population. When the presence of a nucleus is revealed, it turns out to be mildly absorbed and hosted by a bright galaxy.

A panchromatic view of the evolution of supermassive black holes

This PhD Thesis is devoted to the accurate analysis of the physical properties of Active Galactic Nuclei (AGN) and the AGN/host-galaxy interplay. Due to the broad-band AGN emission (from radio to hard X-rays), a multi-wavelength approach is mandatory. Our research is carried out over the COSMOS field, within the context of the XMM-Newton wide-field survey. To date, the COSMOS field is a unique area for comprehensive multi-wavelength studies, allowing us to define a large and homogeneous sample of QSOs with a well-sampled spectral coverage and to keep selection effects under control. Moreover, the broad-band information contained in the COSMOS database is well-suited for a detailed analysis of AGN SEDs, bolometric luminosities and bolometric corrections. In order to investigate the nature of both obscured (Type-2) and unobscured (Type-1) AGN, the observational approach is complemented with a theoretical modelling of the AGN/galaxy co-evolution. The X-ray to optical properties of an X-ray selected Type-1 AGN sample are discussed in the first part. The relationship between X-ray and optical/UV luminosities, parametrized by the spectral index αox, provides a first indication about the nature of the central engine powering the AGN. Since a Type-1 AGN outshines the surrounding environment, it is extremely difficult to constrain the properties of its host-galaxy. Conversely, in Type-2 AGN the host-galaxy light is the dominant component of the optical/near-IR SEDs, severely affecting the recovery of the intrinsic AGN emission. Hence a multi-component SED-fitting code is developed to disentangle the emission of the stellar populationof the galaxy from that associated with mass accretion. Bolometric corrections, luminosities, stellar masses and star-formation rates, correlated with the morphology of Type-2 AGN hosts, are presented in the second part, while the final part concerns a physically-motivated model for the evolution of spheroidal galaxies with a central SMBH. The model is able to reproduce two important stages of galaxy evolution, namely the obscured cold-phase and the subsequent quiescent hot-phase.

Solving the cooling flow problem through mechanical AGN feedback

A fundamental gap in the current understanding of collapsed structures in the universe concerns the thermodynamical evolution of the ordinary, baryonic component. Unopposed radiative cooling of plasma would lead to the cooling catastrophe, a massive inflow of condensing gas toward the centre of galaxies, groups and clusters. The last generation of multiwavelength observations has radically changed our view on baryons, suggesting that the heating linked to the active galactic nucleus (AGN) may be the balancing counterpart of cooling. In this Thesis, I investigate the engine of the heating regulated by the central black hole. I argue that the mechanical feedback, based on massive subrelativistic outflows, is the key to solving the cooling flow problem, i.e. dramatically quenching the cooling rates for several billion years without destroying the cool-core structure. Using an upgraded version of the parallel 3D hydrodynamic code FLASH, I show that anisotropic AGN outflows can further reproduce fundamental observed features, such as buoyant bubbles, cocoon shocks, sonic ripples, metals dredge-up, and subsonic turbulence. The latter is an essential ingredient to drive nonlinear thermal instabilities, which cause cold gas condensation, a residual of the quenched cooling flow and, later, fuel for the AGN feedback engine. The self-regulated outflows are systematically tested on the scales of massive clusters, groups and isolated elliptical galaxies: in lighter less bound objects the feedback needs to be gentler and less efficient, in order to avoid drastic overheating. In this Thesis, I describe in depth the complex hydrodynamics, involving the coupling of the feedback energy to that of the surrounding hot medium. Finally, I present the merits and flaws of all the proposed models, with a critical eye toward observational concordance.

Environment of radio sources in the vla-cosmos survey

Sebbene studiati a fondo, i processi che hanno portato alla formazione ed alla evoluzione delle galassie così come sono osservate nell'Universo attuale non sono ancora del tutto compresi. La visione attuale della storia di formazione delle strutture prevede che il collasso gravitazionale, a partire dalle fluttuazioni di densità primordiali, porti all'innesco della formazione stellare; quindi che un qualche processo intervenga e la interrompa. Diversi studi vedono il principale responsabile di questa brusca interruzione della formazione stellare nei fenomeni di attività nucleare al centro delle galassie (Active Galactic Nuclei, AGN), capaci di fornire l'energia necessaria a impedire il collasso gravitazionale del gas e la formazione di nuove stelle. Uno dei segni della presenza di un tale fenomeno all'interno di una galassia e l'emissione radio dovuta ai fenomeni di accrescimento di gas su buco nero. In questo lavoro di tesi si è studiato l'ambiente delle radio sorgenti nel campo della survey VLA-COSMOS. Partendo da un campione di 1806 radio sorgenti e 1482993 galassie che non presentassero emissione radio, con redshift fotometrici e fotometria provenienti dalla survey COSMOS e dalla sua parte radio (VLA-COSMOS), si è stimata la ricchezza dell'ambiente attorno a ciascuna radio sorgente, contando il numero di galassie senza emissione radio presenti all'interno di un cilindro di raggio di base 1 Mpc e di altezza proporzionale all'errore sul redshift fotometrico di ciascuna radio sorgente, centrato su di essa. Al fine di stimare la significatività dei risultati si è creato un campione di controllo costituito da 1806 galassie che non presentassero emissione radio e si è stimato l'ambiente attorno a ciascuna di esse con lo stesso metodo usato per le radio sorgenti. I risultati mostrano che gli ammassi di galassie aventi al proprio centro una radio sorgente sono significativamente più ricchi di quelli con al proprio centro una galassia senza emissione radio. Tale differenza in ricchezza permane indipendentemente da selezioni basate sul redshift, la massa stellare e il tasso di formazione stellare specifica delle galassie del campione e mostra che gli ammassi di galassie con al proprio centro una radio sorgente dovuta a fenomeni di AGN sono significativamente più ricchi di ammassi con al proprio centro una galassia senza emissione radio. Questo effetto e più marcato per AGN di tipo FR I rispetto ad oggetti di tipo FR II, indicando una correlazione fra potenza dell'AGN e formazione delle strutture. Tali risultati gettano nuova luce sui meccanismi di formazione ed evoluzione delle galassie che prevedono una stretta correlazione tra fenomeni di AGN, formazione stellare ed interruzione della stessa.

Hydrodynamical simulations of early-type galaxies: effects of galaxy shape and stellar dynamics on hot coronae

Early-Type galaxies (ETGs) are embedded in hot (10^6-10^7 K), X-ray emitting gaseous haloes, produced mainly by stellar winds and heated by Type Ia supernovae explosions, by the thermalization of stellar motions and occasionally by the central super-massive black hole (SMBH). In particular, the thermalization of the stellar motions is due to the interaction between the stellar and the SNIa ejecta and the hot interstellar medium (ISM) already residing in the ETG. A number of different astrophysical phenomena determine the X-ray properties of the hot ISM, such as stellar population formation and evolution, galaxy structure and internal kinematics, Active Galactic Nuclei (AGN) presence, and environmental effects. With the aid of high-resolution hydrodynamical simulations performed on state-of-the-art galaxy models, in this Thesis we focus on the effects of galaxy shape, stellar kinematics and star formation on the evolution of the X-ray coronae of ETGs. Numerical simulations show that the relative importance of flattening and rotation are functions of the galaxy mass: at low galaxy masses, adding flattening and rotation induces a galactic wind, thus lowering the X-ray luminosity; at high galaxy masses the angular momentum conservation keeps the central regions of rotating galaxies at low density, whereas in non-rotating models a denser and brighter atmosphere is formed. The same dependence from the galaxy mass is present in the effects of star formation (SF): in light galaxies SF contributes to increase the spread in Lx, while at high galaxy masses the halo X-ray properties are marginally sensitive to SF effects. In every case, the star formation rate at the present epoch quite agrees with observations, and the massive, cold gaseous discs are partially or completely consumed by SF on a time-scale of few Gyr, excluding the presence of young stellar discs at the present epoch.

Origin of cold gas and dust in massive elliptical galaxies

The recent availability of multi-wavelength data revealed the presence of large reservoirs of warm and cold gas and dust in the innermost regions of the majority of massive elliptical galaxies. To prove an internal origin of cold and warm gas, the investigation of the spatially distributed cooling process which occurs because of non-linear density perturbations and subsequent thermal instabilities is of crucial importance. The first goal of this work of thesis is to investigate the internal origin of warm and cold phases. Numerical simulations are the powerful tool of analysis. The way in which a spatially distributed cooling process originates has been examined and the off-centre amount of gas mass which cools when different and differently characterized AGN feedback mechanisms operate has been quantified. This thesis demonstrates that the aforementioned non-linear density perturbations originate and develop from AGN feedback mechanisms in a natural fashion. An internal origin of the warm phase from the once hot gas is shown to be possible. Computed velocity dispersions of ionized and hot gas are similar. The cold gas as well can originate from the cooling process: indeed, it has been estimated that the surrounding stellar radiation, which is one of the most feasible sources of ionization of the warm gas, does not manage to keep ionized all the gas at 10^4 K. Therefore, cooled gas does undergo a further cooling which can lead the warm phase to lower temperatures. However, the gas which has cooled from the hot phase is expected to be dustless; nonetheless, a large fraction of early type galaxies has detectable dust in their cores, both concentrated in filamentary and disky structures and spread over larger regions. Therefore a regularly rotating disk of cold and dusty gas has been included in the simulations. A new quantitative investigation of the spatially distributed cooling process has therefore been essential: the contribution of the included amount of dust which is embedded in the cold gas does have a role in promoting and enhancing the cooling. The fate of dust which was at first embedded in cold gas has been investigated. The role of AGN feedback mechanisms in dragging (if able) cold and dusty gas from the core of massive ellipticals up to large radii has been studied.

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.

Studio e valutazione sperimentale di tecniche di radio fingerprinting per navigazione indoor con dispositivi mobili Android

Lo studio effettuato raccoglie informazioni al fine di svolgere un’analisi globale delle tecniche attualmente in uso, o in fase di studio, nel campo della localizzazione di dispositivi all’interno di un ambiente chiuso, ovvero laddove non è possibile sfruttare la copertura del sistema GPS. La panoramica è frutto dell’analisi e dello studio di paper tecnici pubblicati dai collaboratori dell’IEEE, fruibili all’interno del portale IEEE Xplore. A corredo di questo studio è stata sviluppata una applicazione per dispositivi Android basata sulla tecnica del Wi-Fi fingerprint; l’applicazione, che rappresenta un primo approccio alle tecniche di localizzazione, è a tutti gli effetti un sistema standalone per la localizzazione, consente cioè di costruire sia la mappa per la localizzazione, partendo da un ambiente sconosciuto, sia di ottenere la posizione dell’utente all’interno di una mappa conosciuta. La tesi si conclude con una analisi dei risultati e delle performance ottenute dall’applicazione in un uso comune, al fine di poter valutare l’efficacia della tecnica presa in considerazione. I possibili sviluppi futuri sono analizzati in un capitolo a parte e trovano spazio in ambienti nei quali si vogliono offrire servizi "context-based", ovvero basati sulla posizione esatta dell’utente.

Connection between x-ray and radio properties of cool-core galaxy clusters hosting radio mini-halos

Gli ammassi di galassie sono gli oggetti gravitazionalmente legati più grandi dell’Universo. Questi emettono principalmente in banda X tramite bremsstrahlung. Una frazione mostra anche emissione radio diffusa da parte di elettroni relativistici che spiraleggiano nel campo magnetico. Si possono classificare tre tipi di emissione: alon, relitti e mini-aloni radio (MH). I MH sono sorgenti radio su scale di ≥ 200 – 500 kpc, osservate al centro di ammassi caratterizzati dalla presenze di cool-core (CC). L’origine dei MH non è ancora chiara. Gli elettroni relativistici che emettono in banda radio hanno tempi di vita radiativi di molto inferiori a quelli necessari per diffondere sulle scale dell’emissione diffusa. Quindi non sono semplicemente iniettati dalle galassie presenti negli ammassi ed è necessario un meccanismo di accelerazione “in-situ” nell’ICM. I MH testimoniano la presenza di meccanismi che canalizzano parte del budget energetico disponibile nei CC nell’ICM.Quindi lo studio è importante per comprendere la fisica dell’ICM e l’interazione fra le componenti non termiche e termiche. I MH si formano attraverso la riaccelerazione delle particelle relativistiche ad opera della turbolenza del gas. L’origine di questa turbolenza tuttavia non è ancora ben compresa. Gli ammassi CC sono caratterizzati da un picco della brillanza X nelle regioni centrali e da un drop della temperatura verso il centro accompagnata da aumento della densità del gas. Si ritiene che questo sia dovuto al raffreddamento del gas che quindi fluisce nelle zone centrali. Recenti osservazioni in X risultan inconsistenti con il modello classico di CF, suggerendo la presenza di una sorgente di riscaldamento del gas su scale del core degli ammassi. Recentemente Zhuravleva (2014) hanno mostrato che il riscaldamento dovuto alla turbolenza prodotta dall'AGN centrale è in grado di bilanciare il processo di raffreddamento. Abbiamo assunto che la turbolenza responsabile del riscaldamento del gas è anche responsabile dell’accelerazione delle particelle nei MH. Nell’ambito di questo scenario ci si aspetta una correlazione tra la potenza del cooling flow, PCF, che è una misura del tasso di energia emessa dal gas che raffredda nei CC, e la luminosità radio, che è una frazione dell’energia della turbolenza che è canalizzata nell’accelerazione delle particelle. In questo lavoro di tesi abbiamo utilizzato il più grande campione disponibile di MH, allo scopo di studiare la connessione fra le proprietà dei MH e quelle del gas termico nei core degli ammassi che li ospitano. Abbiamo analizzato i dati di 21 ammassi e ricavato i parametri fisici all’interno del raggio di cooling e del MH. Abbiamo ricavato la correlazione fra luminosità radio, e PCF. Abbiamo trovato che le due quantità correlano in modo quasi-lineare confermando i risultati precedenti. Tale correlazione suggerisce uno stretto legame fra le proprietà del gas nei CC e l’origine dei MH.

Progettazione e implementazione di una piattaforma per la localizzazione indoor basata su tecniche di radio fingerprinting e data-crowdsourcing

Questa tesi ha come scopo principale l'analisi delle diverse tecnologie di localizzazione in ambito indoor, analizzando in particolare l'utilizzo del Wifi RSS Fingerprinting. La tecnica del Wifi RSS Fingerprinting è una tecnica per la localizzazione all'interno di ambienti chiusi, che consiste nella definizione di un 'impronta'(fingerprint) in un punto preciso dell'ambiente(definito reference point), andando a inserire in un database i valori di potenza del segnale ricevuto(RSS) da ogni access point rilevato all'interno di quel determinato reference point. Per l'implementazione di questa tecnica è stato sviluppato un applicativo con un architettura client-server. Il client è stato sviluppato in ambiente Android, realizzando una applicazione per la gestione della fase di salvataggio di nuovi fingerprint e per la fase di localizzazione della posizione corrente, tramite l'utilizzo dei vari fingerprint precedentemente inseriti all'interno del DB. Il server, sviluppato in Node.js(framework Javascript), gestirà le diverse richieste ricevute dal client tramite delle chiamate AJAX, prelevando le informazioni richieste direttamente dal database. All'interno delle applicativo sono stati implementati diversi algoritmi per la localizzazione indoor, in modo da poter verificare l'applicabilità di questo sistema in un ambito reale. Questi algoritmi sono stati in seguito testati per valutare l'accuratezza e la precisione di ciascuno, andando ad individuare gli algoritmi migliori da utilizzare in base a scenari diversi.

A study of the turbulence of the neutral medium in two nearby spiral galaxies

The width of the 21 cm line (HI) emitted by spiral galaxies depends on the physical processes that release energy in the Interstellar Medium (ISM). This quantity is called velocity dispersion (σ) and it is proportional first of all to the thermal kinetic energy of the gas. The accepted theoretical picture predicts that the neutral hydrogen component (HI) exists in the ISM in two stable phases: a cold one (CNM, with σ~0.8 km/s) and a warm one (WNM, with σ~8 km/s). However, this is called into question by the observation that the HI gas has usually larger velocity dispersions. This suggests the presence of turbulence in the ISM, although the energy sources remain unknown. In this thesis we want to shed new light on this topic. We have studied the HI line emission of two nearby galaxies: NGC6946 and M101. For the latter we used new deep observations obtained with the Westerbork radio interferometer. Through a gaussian fitting procedure, we produced dispersion maps of the two galaxies. For both of them, we compared the σ values measured in the spiral arms with those in the interarms. In NGC6946 we found that, in both arms and interarms, σ grows with the column density, while we obtained the opposite for M 101. Using a statistical analysis we did not find a significant difference between arm and interarm dispersion distributions. Producing star formation rate density maps (SFRD) of the galaxies, we studied their global and local relations with the HI kinetic energy, as inferred from the measured dispersions. For NGC6946 we obtained a good log-log correlation, in agreement with a simple model of supernova feedback driven turbulence. This shows that in this galaxy turbulent motions are mainly induced by the stellar activity. For M 101 we did not find an analogous correlation, since the gas kinetic energy appears constant with the SFRD. We think that this may indicate that in this galaxy turbulence is driven also by accretion of extragalactic material.

Proprietà radio dei blazar e loro uso nell'identificazione di sorgenti gamma extragalattiche

L'identificazione di un blazar è molto difficile, questo è un oggetto molto particolare e che ha un'attività molto ricca. Nella pratica l'identificazione di un blazar avviene confrontando la sua emissione in banda radio con la sua emissione in banda gamma, che sono entrambe proprie dei blazar. Il problema è che non si dispone di un telescopio in grado di rivelare con estrema precisione entrambe le bande, quindi si procede utilizzando i dati radio provenienti da un dato radiotelescopio e i dati in banda gamma provenienti da un altro telescopio. Quando le emissioni nelle due bande presentano, ad esempio, una variabilità simultanea, l'identificazione è certa. Ma questa minoranza di casi non è molto frequente e quindi spesso si procede con un'analisi probabilistica basata sulle posizioni delle sorgenti. Il lancio di Fermi nel 2008 ha portato ad un fortissimo aumento del numero di sorgenti gamma note e, fra queste, la maggior parte sono blazar. Una significativa frazione di queste sorgenti Fermi (circa il 30%) rimane non identificata. In questo lavoro vengono inizialmente caratterizzate le proprietà radio dei blazar e in particolare dei blazar gamma noti finora. In seguito verrà approfondita l'analisi delle sorgenti Fermi non identificate per stabilire una possibile compatibilità con le proprietà dei blazar e quindi per cercare di capire se queste sorgenti possano essere a loro volta dei blazar non ancora riconosciuti.

A Near-Real-Time Automatic Orbit Determination System for COSMIC and Its Follow-On Satellite Mission: Analysis of Orbit and Clock Errors on Radio Occultation

The COSMIC-2 mission is a follow-on mission of the Constellation Observing System for Meteorology, Ionosphere, and Climate (COSMIC) with an upgraded payload for improved radio occultation (RO) applications. The objective of this paper is to develop a near-real-time (NRT) orbit determination system, called NRT National Chiao Tung University (NCTU) system, to support COSMIC-2 in atmospheric applications and verify the orbit product of COSMIC. The system is capable of automatic determinations of the NRT GPS clocks and LEO orbit and clock. To assess the NRT (NCTU) system, we use eight days of COSMIC data (March 24-31, 2011), which contain a total of 331 GPS observation sessions and 12 393 RO observable files. The parallel scheduling for independent GPS and LEO estimations and automatic time matching improves the computational efficiency by 64% compared to the sequential scheduling. Orbit difference analyses suggest a 10-cm accuracy for the COSMIC orbits from the NRT (NCTU) system, and it is consistent as the NRT University Corporation for Atmospheric Research (URCA) system. The mean velocity accuracy from the NRT orbits of COSMIC is 0.168 mm/s, corresponding to an error of about 0.051 μrad in the bending angle. The rms differences in the NRT COSMIC clock and in GPS clocks between the NRT (NCTU) and the postprocessing products are 3.742 and 1.427 ns. The GPS clocks determined from a partial ground GPS network [from NRT (NCTU)] and a full one [from NRT (UCAR)] result in mean rms frequency stabilities of 6.1E-12 and 2.7E-12, respectively, corresponding to range fluctuations of 5.5 and 2.4 cm and bending angle errors of 3.75 and 1.66 μrad .

Methodology for GPS Synchronization Evaluation with High Accuracy

Clock synchronization in the order of nanoseconds is one of the critical factors for time-based localization. Currently used time synchronization methods are developed for the more relaxed needs of network operation. Their usability for positioning should be carefully evaluated. In this paper, we are particularly interested in GPS-based time synchronization. To judge its usability for localization we need a method that can evaluate the achieved time synchronization with nanosecond accuracy. Our method to evaluate the synchronization accuracy is inspired by signal processing algorithms and relies on fine grain time information. The method is able to calculate the clock offset and skew between devices with nanosecond accuracy in real time. It was implemented using software defined radio technology. We demonstrate that GPS-based synchronization suffers from remaining clock offset in the range of a few hundred of nanoseconds but the clock skew is negligible. Finally, we determine a corresponding lower bound on the expected positioning error.