Infrared supernova search in starburst galaxies

L'elevata luminosità nel lontano infrarosso delle galassie starburst (SB) è una misura diretta del loro tasso di formazione stellare che a sua volta implica un'elevata frequenza di supernovae. Questo tuttavia sembra in contraddizione con il fatto che sono state scoperte poche supernovae in queste galassie. Molto probabilmente questo è legato alla presenza di grandi quantità di polvere che introducono un bias dovuto al fenomeno dell'estinzione. Quindi, una ricerca di supernovae condotta alle lunghezze d'onda infrarosse, per via della ridotta estinzione, è più indicata per rilevare la poplazione di supernovae oscurata dalla polvere. I primi tentativi di osservare queste seprnovae nel vicino infrarosso non hanno tuttavia mostrato un aumento evidente della frequenza di supernovae in galassie starburst, anche se fino ad ora la statistica rimane piuttosto bassa. Per questa ragione abbiamo iniziato un nuovo e complementare progetto che consiste nella ricerca di supernovae in un campione di 30 galassie starburst con lo scopo di misurare la frequenza di supernovae, utilizzando un eccellente strumento quale HAWK-I@VLT. Abbiamo ottenuto un totale di 270 epoche durante 3 differenti periodi di osservazioni, durante i quali abbiamo trovato 6 supernovae: 4 con conferma spettroscopica, 2 senza a causa della loro luminosità troppo debole. Attraverso 500 esperimenti MonteCarlo abbiamo stimato, partendo dal tasso di formazione stellare basato sulla luminosità nel lontano infrarosso, il numero atteso di supernovae nella nostra campagna osservativa, e, con i parametri adottati (concernenti la funzione iniziale di massa, l'estinzioni, la distribuzione della formazione stellare...) e la misura della magnitudine limite di tutte le epoche, ci aspettiamo, in media, la scoperta di 5.4+/-2.3 supernovae. Il numero atteso è quindi in ottimo accordo con quello delle supernovae osservate. Infatti il numero di supernovae attese è <= a 6 nel 55% degli esperimenti. Anche se consideriamo solo il numero di supernovae confermate spettroscopicamente (4), il loro verificarsi è comunque significativo (22%). Abbiamo inoltre discusso gli effetti delle differenti assunzioni e scelte dei parametri della simulazione. La principale conclusione è che il numero di supernovae è consistente con le osservazioni, non confermando in tal modo i risultati dei precedenti lavori di ricerca di supernovae nell'infrarosso, ovvero che la frequenza di supernovae aspettata risultava essere più alta di quello osservata. In un'altra parte del progetto di dottorato abbiamo utilizzato LBC@LBT per stimare la frequenza di supernovae ad alti redshift, con lo scopo di verificare il declino della frequenza di supernovae di tipo Ia a redshift >0.8. Se confermato, questo potrebbe avere importanti conseguenze sull'utilizzo delle supernovae Ia in ambito cosmologico. Abbiamo ottenuto solo 2 epoche delle 6 previste, riuscendo comunque a scoprire 14 robusti candidati (un numero consistente con le attese, 18). Sfortunatamente, sebbene questo fosse un progetto molto interessante e promettente, le chances di successo sono state severamente limitate dal cattivo tempo e dai numerosi problemi sofferti dallo strumento. Il primo capitolo introduce il fenomeno delle supernovae, con la relativa classificazione e la loro importanza in ambito cosmologico. Il secondo capitolo è dedicato all'importanza dello studio della formazione stellare in cosmologia, con la descrizione dei relativi indicatori. Viene anche illustrato il problema relativo alla frequenza di supernovae così come descritto in Horiuchi et al. (2011). Il terzo capitolo è dedicato alla fondamentale relazione tra tasso di formazione stellare e frequanza di supernovae. Vengono quindi illustrate le diverse misure della frequenza di supernovae negli anni a differenti redshift. viene poi descritto brevemente il nostro lavoro sulla frequenza di supernovae ad alti redshift con l'utilizzo del telescopio LBT. In seguito, vengono introdotti i concetti base per i futuri capitoli: cosa sono e perchè sono importanti le galassie starburst e i precedenti lavori di ricerca di supernovae nell'ottico e nell'infrarosso. Nel quarto capitolo viene descritta la strategia osservativa ed il procedimento di riduzione dei dati. La seconda parte è dedicata alla desfrizione del campione di supernovae trovate. Il quinto capitolo introduce i dettagli della simulazione MonteCarlo per stimare il numero di supernovae aspettate, e confronta questo numero con quello osservato. Il quinto capitolo è dedicato al riassunto del lavoro con relativo conclusioni scientifiche e prospettive future della ricerca infrarossa di supernovae e della ricerca in generale in galassie starburst.