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Tesi etd-05082007-171529


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
Chirco, Goffredo
URN
etd-05082007-171529
Title
Natura idro-magnetica del disco e carattere quasi-periodico dell'emissione X nei sistemi binari compatti
Struttura
SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
Corso di studi
SCIENZE FISICHE
Commissione
Relatore Prof. Shore, Steven N.
Parole chiave
  • dischi di accrescimento
  • MRI
  • oggetti compatti
Data inizio appello
25/05/2007;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
L’oggetto di questo lavoro di tesi consiste in una analisi delle possibili correlazioni<br>tra la caratteristica variabilita&#39; dello spettro di potenza dell&#39;emissione nell&#39;X di<br>sistemi binari di piccola massa, contenenti un oggetto compatto (LMXRBs), ed i meccanismi che regolano la dinamica complessa del plasma in accrescimento, in una regione caratterizzata da un campo di gravita&#39; forte.<br>La considerevole variabilita&#39; dell&#39;emissione ad alta energia di questi sistemi, su<br>tempi scala inferiori al millisecondo, fornisce una misura diretta dei tempi scala dinamici che caratterizzano il moto della materia sotto l&#39;influenza di un campo gravitazionale forte. Le frequenze caratteristiche osservate appaiono infatti indipendenti dai<br>tassi di accrescimento e mostrano proprieta&#39; simili, sia in presenza di buco nero centrale,<br>che di stella di neutroni, indicando una probabile origine gravitazionale. In questo senso, gli spettri di emissione degli oggetti studiati rappresentano l&#39;informazione di base tramite cui ricostruire la dinamica dei processi di accrescimento in un ambiente<br>particolarmente complesso, in cui gli effetti del campo gravitazionale forte<br>sono combinati ai fenomeni non-lineari legati alla dinamica e alle instabilita&#39; del<br>plasma in accrescimento.<br>Il punto di partenza fondamentale dell&#39;analisi svolta, sta nel carattere quasi-periodico<br>delle curve di variabilita&#39; spettrale dei sistemi binari osservati.<br>Qualsiasi sistema in cui due o piu&#39; frequenze caratteristiche siano accoppiate in<br>modo non-lineare, sia per via di una perturbazione esterna che per accostamento<br>spontaneo, manifesta una ricca varieta&#39; di effetti, dalla sincronizzazione, alla quasiperidicita&#39;, all’intermittenza, fino alla produzione di stati complessivamente caotici.<br>Tutti questi effetti sono evidenti e comuni in natura, ad esempio nei fluidi, dove i<br>processi dipendono da scale di tempo e di lunghezza diverse, ed in qualche modo<br>sono accomunati dalla complicata varieta&#39; di frequenze caratteristiche.<br>In particolare, la quasi-periodicita&#39; e&#39; indicazione precisa di un regime dinamico<br>strutturalmente instabile, ma stazionario, tipicamente prodotto dalla perturbazione<br>di un sistema periodico.<br>In generale, il carattere quasi-periodico ci permette di sfruttare il formalismo della teoria dei sistemi dinamici come chiave interpretativa<br>iniziale dei processi osservati.<br>In un disco di accrescimento, il moto orbitale fornisce naturalmente al sistema un<br>carattere periodico e la presenza di un campo di gravita&#39; forte ne arricchisce, a sua<br>volta, il contenuto armonico. L’accoppiamento non-lineare delle frequenze caratteristiche<br>di questi sistemi e&#39; stato interpretato, nei vari modelli prodotti fino ad oggi,<br>prevalentemente in termini di moto relativistico di singola particella, trascurando<br>la natura magneto-idrodinamica della materia in accrescimento.<br>Assumendo che l&#39;origine del carattere quasi-periodico degli spettri derivi da meccanismi<br>di risonanza non-lineare dei modi oscillatori del disco, lo scopo della tesi sara’ individuare nella dinamica del plasma in accrescimento alcuni<br>processi candidabili come meccanismi di eccitazione e di sostentamento energetico<br>di tale fenomeno.<br>In questa direzione, un elemento fondamentale del lavoro sara’ caratterizzare il nostro<br>sistema dinamico ideale in termini stocastici. La complessita&#39; della trattazione non-lineare delle equazioni magneto-idrodinamiche ci porta a cercare una analogia che permetta di descrivere il plasma magnetizzato con le sue principali proprieta&#39;<br>in modo piu&#39; diretto e piu&#39; pratico in termini analitici. L&#39;apparente dicotomia<br>tra la descrizione di singola particella e le equazioni MHD per il mezzo continuo<br>e&#39; superata sfruttando le proprieta&#39; visco-elastiche del fluido, acquisite in regime<br>turbolento. In presenza di turbolenza, l&#39;elemento di fluido viene descritto come<br>una particella immersa in un mezzo fuori dall&#39;equilibrio, riacquisendo, in termini<br>stocastici, il carattere individuale della descrizione deterministica iniziale. Il contesto<br>turbolento conferisce al singolo elemento di fluido un carattere Browniano,<br>da cui segue una descrizione della dinamica complessiva in termini di equazione di<br>Langevin generalizzata.<br>Infine, con nuove equazioni della dinamica a disposizione, si puo&#39; riconsiderare il<br>processo di risonanza parametrica, analizzando in termini numerici gli effetti portati<br>dalla presenza dei fattori stocastici.<br>I risultati ottenuti sono interessanti da diversi punti di vista: l&#39;introduzione in<br>modo sistematico della complessita&#39; del plasma in accrescimento nel modello permette,<br>da un lato, di porre in stretta relazione l&#39;energia fornita al sistema in risonanza<br>con l&#39;energia guadagnata dal disco tramite i processi di estrazione di momento<br>angolare alla base dell&#39;accrescimento, dall’altro, di percorrere nuove ipotesi di risonanza tra modi epiciclici legati al campo gravitazionale e modi oscillatori propri del moto turbolento del plasma.
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