Esperimenti di laboratorio per l’interpretazione di spettri acquisiti con James Webb Space Telescope (JWST)

Lo studente si dedicherà ad attività sperimentale presso il Laboratorio di Astrofisica Sperimentale (LASp, INAF-Osservatorio Astrofisico di Catania), all’analisi dei dati sperimentali e al confronto dei risultati sperimentali con le osservazioni astronomiche. Gli esperimenti saranno dedicati allo studio di materiali solidi di interesse per l’astrofisica, quali molecole volatili condensate a bassa temperatura (ghiacci), silicati e materiali carboniosi ed in particolare agli effetti causati su questi materiali dall’irraggiamento con ioni veloci (200 keV) che simulano i raggi cosmici di bassa energia, il vento solare, le particelle solari energetiche. Gli esperimenti verranno condotti sotto vuoto e la temperatura del campione potrà essere variata fra 15 K e 300 K, per simulare le condizioni tipiche di regioni di formazione stellare e superfici del sistema solare. I campioni saranno analizzati principalmente tramite spettroscopia infrarossa in trasmittanza.

Inoltre lo studente verrà coinvolto in un progetto osservativo già approvato con James Webb Space Telescope (JWST) in cui il gruppo di ricerca è impegnato. Questo progetto prevede l’osservazione spettroscopica di regioni di formazione stellare. Gli spettri osservati verranno analizzati per interpretare le bande di assorbimento dovute ai silicati che costituiscono le polveri interstellari e alle molecole in fase solida (H2O, CH3OH, CO, ecc.) che le rivestono (mantelli ghiacciati). Le osservazioni saranno effettuate alla fine del 2022 e nel corso del 2023.

Per l’interpretazione delle osservazioni si utilizzeranno spettri di analoghi di laboratorio (specie pure e miscele) e verranno prese in considerazione anche le modificazioni nel profilo delle bande di assorbimento indotte dall’irraggiamento con ioni veloci.

The student will perform laboratory experiments at the Laboratory for Experimental Astrophysics (INAF – Osservatorio Astrofisico di Catania), she/he will take care of the reduction of experimental data and will compare the experimental results to astronomical observations. Experiments will focus on solids of astrophysical interest, such as solid phase molecules (ices), silicates, and carbonaceous materials. Experiments will be performed under ultra-high vacuum conditions and sample temperature will be varied between 15 and 300 K in order to simulate the physical conditions occurring in star forming regions and solid solar system objects. Furthermore the experiments will investigate the effects of fast ions (200 keV) on such materials to simulate the interaction with low-energy cosmic rays, solar wind ions and solar energetic particles. Samples will be analysed mainly by infrared transmittance spectroscopy.

Finally, the student will be involved in a James Webb Space Telescope (JWST) approved project dedicated to the spectroscopic observation of star forming regions. Observed spectra will be analysed in order to identify the absorption bands due to silicates which constitute interstellar grains and the bands due to frozen molecular species (such as H2O, CH3OH, CO, etc.) in icy grain mantles. Observations are planned at the end of 2022 and during 2023.

For the comparison to astronomical observations laboratory spectra of pure species and mixtures will be considered. Furthermore the modification to the band profile induced by ion irradiation will be taken into account.