Skupni raziskovalni FWF-ARIS projekt
»Identifikacija izvorov kozmičnih žarkov med aktivnimi galaksijami s curki«

Dobrodošli na spletno stran skupnega raziskovalnega FWF-ARIS projekta
»Identifikacija izvorov kozmičnih žarkov med aktivnimi galaksijami s curki«

Kozmični žarki (CR) so večinoma nabiti visoko energijski delci, ki prihajajo iz vesolja. V projektu smo razvili izvirno metodo za določanje prispevka aktivnih galaksij s curki k fluksu kozmičnih žarkov ultra-visokih energij (UHE, ≥10 EeV).

Novejši rezultati meritev kozmičnih žarkov ultra-visokih energij (UHECR) podpirajo konvencionalne scenarije njihove tvorbe v astrofizikalnih objektih. Izraziti izhodni curki aktivnih galaktičnih jeder (AGN) so med najperspektivnejšimi kandidati za izvore izmerjenega fluksa UHECR na Zemeljskem površju, saj so v njih ustrezni pogoji za pospeševanje nabitih osnovnih delcev do najvišjih energij. Nabiti CR žal ne nosijo neposredne informacije o položaju svojih izvorov na nebu, ker se na svoji poti odklanjajo v galaktičnih in intergalaktičnih magnetnih poljih. Med pospeševanjem UHECR se v hadronskih interakcijah tvorijo tudi fotoni in nevtrini, delci brez naboja, ki pa se ne odklanjajo in zato nosijo tako informacije o smeri izvora CR na nebu, kot tudi o fizikalnih pogojih na mestu njihove tvorbe. Zastavljene projektne cilje smo dosegli z uporabo podatkov iz detektorjev za meritve različnih vrst delcev, vključno s fotoni različnih valovnih dolžin (t.i. multi-messenger in multi-wavelength pristopi). Podatki vključujejo: 1) meritve UHECR z Observatorijem Pierre Auger (PAO), 2) meritve visoko- (HE, ≥ 100 MeV) in zelo visokoenergijske (VHE, ≥ 30 GeV) emisije gama žarkov, ter 3) meritve VHE nevtrinov. Za študij emisije gama žarkov smo uporabili satelit Fermi-LAT (območje HE) in polja teleskopov Čerenkove svetlobe na zemeljskem površju (območje VHE), za študij VHE nevtrinov pa observatorij IceCube.

V projektu smo bližnja (<200 Mpc) AGN najprej razvrstili glede na njihovo sposobnost pospeševanja UHECR na podlagi večvalovnih meritev njihovega elektromagnetnega spektra in rezultatov emisijskih modelov. S tem sestavili smo seznam AGN, ki so primerni kandidati za izvore UHECR. Na tem raziskovalnem koraku dokazali smo, da so nedavno odkrite Fanaroff-Riley radiogalaksije relativno majhne svetilnosti, vendar številne objekte t.i. vrste FR0 dobri kandidati za prispevanje k fluksu UHECR.

Ker podatki observatorija Pierre Auger kažejo na prisotnost težkih jeder v delčni sestavi fluksa kozmičnih žarkov pri ekstremnih energijah, so Avstrijski projektni sodelavci (vodja skupine Dr. Anita Reimer, Universität Innsbruck) najsodobnejše modele emisije AGN, ki so jih že razvili, dopolnili z vključitvijo težjih jeder v proces injekcije, transporta in sevalnih izgub. Na podlagi seznama FR0 AGN in njihovih lastnosti Slovenski projektni sodelavci (vodja skupine Dr. Serguei Vorobiov, Univerza v Novi Gorici) smo izvedli Monte Carlo simulacije širjenja UHECR od izvorov do Zemlje za različne konfiguracije kozmičnih magnetnih polj. Rezultate simulacij – spektre in sestavo kozmičnih delcev na Zemlji – smo primerjali s rezultati meritev PAO. Simulacije pa spremne emisije sekundarnih fotonov in nevtrinov smo primerjali s podatki Fermi-LAT in IceCube. Napovedali smo specifične značilnosti VHE gama sevanja UHECR, pospešenih v curkih FR0 AGN. Te napovedi bomo kasneje preverili z meritvami na bodočem observatoriju Cherenkov Telescope Array (CTAO).

Združevanje komplementarnih strokovnih znanj sodelujočih skupin iz Slovenije in Avstrije, skupaj s prispevki drugih mednarodnih partnerjev, je privedlo v tem projektu do bistvenega napredka pri identifikaciji izvorov UHECR, ki vključuje prvi obsežni študij nedavno odkritih radiogalaksij vrste FR0 kot izvorov delcev ekstremnih energij.

Project Logo
Širjenje kozmičnih jeder, fotonov in nevtrinov ekstremnih energij od izvornega curka aktivne galaksije do Zemlje.

Več podrobnosti o naši raziskovalni skupini, realizaciji ter rezultatih projekta lahko najdete prek zgornjega menija, ki povezuje razdelke spletne strani.

SLING logo VEGA HPC logo UNG logo UIBK logo INAF logo

Projektna skupina

Mednarodna znanstvena skupina raziskovalnega projekta Identifikacija izvorov kozmičnih žarkov med aktivnimi galaksijami s curki ima sedeža na Universität Innsbruck (Avstrija) in na Univerzi v Novi Gorici (Slovenija). Nadalje jo podpirajo številni svetovno vodilni znanstveniki iz Italije in Poljske.

Univerza v Novi Gorici

Član/ica projektne skupine Vloga Kontakt
Prof. Dr. Serguei Vorobiov Vodja slovenske
projektne skupine		 Email
Assist.-Prof. Dr. Jon Paul Lundquist
(od 17/2/2020)		 Raziskovalec Email
Prof. Dr. Danilo Zavrtanik Raziskovalec
Prof. Dr. Samo Stanič Raziskovalec
Prof. Dr. Gabrijela Zaharijas Raziskovalka
Lukas Zehrer (do 30/9/2021) Mladi raziskovalec
Dr. Lili Yang (do 31/8/2018) Raziskovalka

Universität Innsbruck

Član/ica projektne skupine Vloga Kontakt
Univ.-Prof. Dr. Anita Reimer Vodja avstrijske
projektne skupine		 Email
Dr. Lukas Merten
(do 12/2021; zdaj je na RUB)		 Raziskovalec Email
Paolo Da Vela, PhD
(do 3/2023; zdaj je v INAF Bologna)		 Raziskovalec Email
Margot Boughelilba Mlada raziskovalka Email

Mednarodni partnerji raziskovalnega projekta

Država Raziskovalna organizacija Mednarodni partner Email
Avstrija University of Innsbruck / DP DOCC Margot Boughelilba (do 9/2023) margot.boughelilba[at]uibk.ac.at
Italija Astronomical Observatory of Brera Dr. Fabrizio Tavecchio fabrizio.tavecchio[at]inaf.it
Italija Astronomical Observatory of Brera Prof. Gabriele Ghisellini gabriele.ghisellini[at]brera.inaf.it
Italija Astronomical Observatory of Brera Dr. Chiara Righi chiara.righi[at]inaf.it
Italija Astronomical Observatory of Brera Dr. Giacomo Bonnoli giacomo.bonnoli[at]inaf.it
Italija Astronomical Observatory of Brera Paolo Da Vela, PhD (od 6/2023) paolo.davela[at]inaf.it
Poljska University of Lodz Prof. Wlodek Bednarek bednar[at]uni.lodz.pl
Nemčija Rhur University Bochum (RUB) Dr. Lukas Merten (od 1/2022) lukas.merten[at]rub.de

Sestanki projektne skupine

Z namenom okrepanja sodelovanja med člani raziskovalnega projekta, poleg mesečnih sestankov preko zooma, organizirali smo dvakrat na leto face-2-face sestanke, enkrat v Avstriji, naslednjič pa v Sloveniji. Na vseh teh sestankih (navedenih na tej strani) sodelavci projektnih skupin ter vsi mednarodni partnerji razpravljajo o projektu in njegovem napredku.

Hibridni sestanek 28.-30. junija 2023 v Innsbrucku

Dnevni red sestanka najdete tukaj.

F2F Summer 2023
Projektna skupina med sestankom junija 2023 v Innsbrucku, na strehi Inštituta za astrofiziko in fiziko delcev.

Hibridni sestanek 14.-16. decembra 2022 v Vipavi

Dnevni red sestanka najdete tukaj.

F2F Winter 2022
Projektna skupina med sestankom decembra 2022 v Vipavi, pri izvirih reke Vipava, ki se nahajajo blizu prizorišča sestanka.

Hibridni sestanek 20.-22. aprila 2022 v Innsbrucku

Dnevni red sestanka najdete tukaj.

F2F Spring 2022
Projektna skupina med sestankom aprila 2022 v Innsbrucku, na strehi Inštituta za astrofiziko in fiziko delcev.

Hibridni sestanek 20.-22. oktobra 2021 v Vipavi

Dnevni red sestanka najdete tukaj.

F2F Autumn 2021
Projektna skupina med hibridnim sestankom oktobra 2021.

Virtualni Face-2-Face sestanek 25. do 26 maja 2021 v Innsbrucku

Dnevni red sestanka najdete tukaj.

F2F Spring 2021
Projektna skupina med virtualnim Face-2-Face sestankom maja 2021.

Virtualni Face-2-Face sestanek 29. do 30. septembra 2020 v Novi Gorici

Dnevni red sestanka najdete tukaj.

F2F Autumn 2020
Projektna skupina med virtualnim Face-2-Face sestankom septembra 2020.

Virtualni Face-2-Face sestanek 12. do 13. maja 2020 v Novi Gorici

Dnevni red sestanka najdete tukaj.

F2F Spring 2020
Projektna skupina med virtualnim Face-2-Face sestankom maja 2020.

Face-2-Face sestanek 28.-30. oktobra 2019 v Innsbrucku

Dnevni red sestanka najdete tukaj.

F2F Autumn 2019
Projektna skupina na začetnem F2F sestanku v Innsbrucku.

Videosestanki

Objave

Na tej strani so navedeni znanstveni članki, objavljeni v kontekstu projekta Identifikacija izvorov kozmičnih žarkov med aktivnimi galaksijami s curki. Če imate vprašanja o določeni publikaciji, se obrnite na ustreznega avtorja.

Izvirni znanstveni članki

Avtorji Naslov Revija Leto DOI arXiv
J.P. Lundquist et al. Combined Fit of Spectrum and Composition for FR0 Radio Galaxy Emitted Ultra-High-Energy Cosmic Rays with Resulting Secondary Photons and Neutrinos Sprejeto v objavo v ApJ 2024 10.48550/arXiv.2407.06961 2407.06961
M. Boughelilba et al. On the subparsec-scale core composition of FR0 radio galaxies ApJL 2023 10.3847/2041-8213/acf83c 2310.06398
M. Boughelilba et al. Lepto-hadronic jet-disk model for the multiwavelength SED of M87 ApJ 2022 10.3847/1538-4357/ac8e64 2208.14756
L. Merten et al. Scrutinizing FR0 radio galaxies as ultra-high-energy cosmic ray source candidates Astroparticle Physics 2021 10.1016/j.astropartphys.2021.102564 2102.01087

Znanstveni prispevki objavljeni na konferencah

Avtorji Naslov Konferenca Leto DOI arXiv
J.P. Lundquist et al. Investigation of multi-messenger properties of FR0 Radio Galaxy emitted
ultra-high-energy cosmic rays		 TAUP2023 2023 PoS-441-134
A. Reimer et al. Low-luminosity AGN as particle mutli-messenger sources TAUP2023 2023 PoS-441-119
M. Boughelilba et al. Spine-sheath jet model for low-luminosity AGNs 38th ICRC 2023 PoS-444-958 2308.10596
L. Merten et al. Efficient modeling of heavy cosmic-ray propagation in evolving astrophysical environments 38th ICRC 2023 PoS-444-1466 2308.09518
J.P. Lundquist et al. The UHECR-FR0 radio galaxy connection: a multi-messenger study
of energy spectra/composition emission and intergalactic magnetic field propagation		 38th ICRC 2023 PoS-444-1512 2308.10803
A. Reimer et al. CR-ENTREES -- Cosmic-Ray ENergy TRansport in timE-Evolving astrophysical Settings 38th ICRC 2023 PoS-444-1481 2309.04328
M. Boughelilba et al. Multiwavelength emission of FR0 radio galaxies at the subparsec scale SF2A meeting 2023 2023sf2a-129B
M. Boughelilba et al. A lepto-hadronic jet-flow model for the multiwavelength SED of M87 SF2A meeting 2022 2022sf2a-35B
J.P. Lundquist et al. Extrapolating FR0 radio galaxy source properties
from propagation of multi-messenger ultra-high energy cosmic rays		 37th ICRC 2021 PoS-395-989
L. Merten et al. FR-0 jetted active galaxies: extending the zoo of candidate sites for UHECR acceleration 37th ICRC 2021 PoS-395-986 2107.13278

Pogovori/plakati

Predstavitelj Naslov Dogodek Datum Diapozitivi/plakat
J.P. Lundquist Multi-Messenger Insights into Ultra-High-Energy Cosmic Rays from FR0 Radio Galaxies: Emission Spectrum, Composition, and Secondary Photons and Neutrinos UHECR 2024, Malargüe (AR) 11/2024 *
J.P. Lundquist Investigation of multi-messenger properties of FR0 Radio Galaxy emitted ultra-high-energy cosmic rays TAUP 2023, Vienna (AT) 08-09/2023 *
A. Reimer Low-luminosity jetted AGN as particle multi-messenger sources TAUP 2023, Vienna (AT) 08-09/2023 *
A. Reimer Low-luminosity jetted AGN as particle multi-messenger sources TeVPa 2023, Napoli (IT) 09/2023 *
J.P. Lundquist The UHECR-FR0 radio galaxy connection: a multi-messenger study of energy spectra/composition emission and intergalactic magnetic field propagation 38th ICRC, Nagoya (JP) 07/2023
M. Boughelilba Spine-sheath jet model for low-luminosity AGNs 38th ICRC, Nagoya (JP) 07/2023
L. Merten Efficient modeling of heavy cosmic-ray propagation in evolving astrophysical environments 38th ICRC, Nagoya (JP) 07/2023
A. Reimer CR-ENTREES -- Cosmic-Ray ENergy TRansport in timE-Evolving astrophysical Settings 38th ICRC, Nagoya (JP) 07/2023
M. Boughelilba Multiwavelength emission of FR0 radio galaxies at the subparsec scale SF2A meeting, Strasbourg (FR) 06/2023 *
A. Reimer Cosmic rays in jets of active galactic nuclei Astroparticle physics seminar, Universität Hamburg (DE) 02/2023 *
A. Reimer Leptonic and hadronic photon emission models for high-energy sources PASTO, Rome (IT) 09/2022 *
M. Boughelilba Lepto-hadronic jet-flow model for the multi-wavelength SED of M87 31st Texas Symposium, Prague (CZ) 09/2022 *
M. Boughelilba A lepto-hadronic jet-flow model for the multi-wavelength SED of M87 SF2A meeting, Besançon (FR) 06/2022 *
L. Merten UHECR acceleration in FR0 jetted active galaxies Joint ÖPG/SPS meeting, Innsbruck (AT) 09/2021 *
J.P. Lundquist Extrapolating FR0 radio galaxy source properties from propagation of multi-messenger ultra-high energy cosmic rays 37th ICRC, Berlin (DE) 07/2021 **
L. Merten FR0 jetted active galaxies: extending the zoo of candidate sites for UHECR acceleration 37th ICRC, Berlin (DE) 07/2021 **
L. Merten UHECRs from FR0 radio galaxies – Acceleration.Loss.Escape. RAPP Center seminar, Bochum (DE) 02/2021 *
L. Merten UHECRs acceleration in FR0 radio galaxies YITP, Kyoto (JP) 12/2020 *

* Diapozitivi/plakat so na voljo po e-poštni zahtevi predstavitelju.

** Diapozitivi/plakat in videoposnetek sta na voljo po e-poštni zahtevi predstavitelju.

Objave v zvezi s projektom

Avtorji Naslov Revija Leto DOI arXiv
A. Abdul Halim et al. Impact of the Magnetic Horizon on the Interpretation of the Pierre Auger Observatory Spectrum and Composition Data JCAP 2024 10.1088/1475-7516/2024/07/094 2404.03533
N. Khatiya et al. Characterizing the γ-ray emission from the FR0 radio galaxies ApJ 2024 10.3847/1538-4357/ad534c 2310.19888
A. Abdul Halim et al. Constraining models for the origin of ultra-high-energy cosmic rays with a novel combined analysis of arrival directions, spectrum, and composition data measured at the Pierre Auger Observatory JCAP 2024 10.1088/1475-7516/2024/01/022 2305.16693
A. Abdul Halim et al. Constraining the sources of ultra-high-energy cosmic rays across and above the ankle with the spectrum and composition data measured at the Pierre Auger Observatory JCAP 2023 10.1088/1475-7516/2023/05/024 2211.02857
R. Alves Batista et al. CRPropa 3.2 - an advanced framework for high-energy particle propagation in extragalactic and galactic spaces JCAP 2022 10.1088/1475-7516/2022/09/035 2208.00107
P. Abreu et al. A search for photons with energies above 2 × 1017 eV using hybrid data from the low-energy extensions of the Pierre Auger Observatory ApJ 2022 10.3847/1538-4357/ac7393 2205.14864
M. Zacharias et al. EXHALE-JET: an extended hadro-leptonic jet model for blazars - I. Code description and initial results MNRAS 2022 10.1093/mnras/stac754 2203.07956
A. Aab et al. Probing the origin of ultra-high-energy cosmic rays with neutrinos in the EeV energy range using the Pierre Auger Observatory JCAP 2019 10.1088/1475-7516/2019/10/022 1904.01426
A. Acharyya et al. Monte Carlo studies for the optimisation of the Cherenkov Telescope Array layout Astroparticle Physics 2019 10.1016/j.astropartphys.2019.04.001 1906.07422
A. Reimer et al. Cascading from neutrino-emitting blazars: the case of TXS 0506+056 ApJ 2019 10.3847/1538-4357/ab2bff 1812.05654

Financiranje

Ta raziskovalni projekt sta skupaj financirala the Austrian Science Fund - FWF (projekt št. I 4144-N27) in Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije - ARIS (projekt št. N1-0111).

Poleg tega naši mednarodni raziskovalni partnerji priznavajo financiranje s strani svojih domačih inštitutov:

Lukas Merten priznava podporo s strani DFG v okviru raziskovalnega centra Collaborative Research Center SFB1491 "Cosmic Interacting Matters - From Source to Signal".

Margot Boughelilba prejema sredstva iz programa Evropske unije za raziskave in inovacije Obzorje 2020 v okviru pogodbe o dodelitvi sredstev Marie Sklodowska-Curie št. 847476. Stališča in mnenja, izražena na tej spletni strani, ne odražajo nujno stališč Evropske komisije.

Giacomo Bonnoli se zahvaljuje za finančno podporo Državne agencije za raziskave španskega MCIU prek nagrade "Center of Excellence Severo Ochoa" Institutu de Astrofísica de Andalucía (SEV-2017-0709) in španskega "Ministerio de Ciencia e Innovación" (MICINN) z donacijo PID2019-107847RB-C44.

Priznanje

Zahvaljujemo se obsežni računalniški podpori, ki jo zagotavlja Slovensko nacionalno superračunalniško omrežje (SLING).

SLING logo VEGA HPC logo UNG logo UIBK logo INAF logo