NATURA IDRO-MAGNETICA DEL DISCO E CARATTERE QUASI-PERIODICO DELL EMISSIONE X NEI SISTEMI BINARI COMPATTI

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L’oggetto di questo lavoro di tesi consiste in una analisi delle possibili correlazioni tra la caratteristica variabilita' dello spettro di potenza dell'emissione nell'X di 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' forte. La considerevole variabilita' dell'emissione ad alta energia di questi sistemi, s, tempi scala inferiori al millisecondo, fornisce una misura diretta dei tempi scala dinamici che caratterizzano il moto della materia sotto l'influenza di un campo gravitazionale forte. Le frequenze caratteristiche osservate appaiono infatti indipendenti dai tassi di accrescimento e mostrano proprieta' simili, sia in presenza di buco nero centrale, che di stella di neutroni, indicando una probabile origine gravitazionale. In questo senso, gli spettri di emissione degli oggetti studiati rappresentano l'informazione di base tramite cui ricostruire la dinamica dei processi di accrescimento in un ambiente particolarmente complesso, in cui gli effetti del campo gravitazionale forte sono combinati ai fenomeni non-lineari legati alla dinamica e alle instabilita' del plasma in accrescimento. Il punto di partenza fondamentale dell'analisi svolta, sta nel carattere quasi-periodico delle curve di variabilita' spettrale dei sistemi binari osservati. Qualsiasi sistema in cui due o piu' frequenze caratteristiche siano accoppiate in modo non-lineare, sia per via di una perturbazione esterna che per accostamento spontaneo, manifesta una ricca varieta' di effetti, dalla sincronizzazione, alla quasiperidicita', all’intermittenza, fino alla produzione di stati complessivamente caotici. Tutti questi effetti sono evidenti e comuni in natura, ad esempio nei fluidi, dove i processi dipendono da scale di tempo e di lunghezza diverse, ed in qualche modo sono accomunati dalla complicata varieta' di frequenze caratteristiche. In particolare, la quasi-periodicita' e' indicazione precisa di un regime dinamico strutturalmente instabile, ma stazionario, tipicamente prodotto dalla perturbazione di un sistema periodico. In generale, il carattere quasi-periodico ci permette di sfruttare il formalismo della teoria dei sistemi dinamici come chiave interpretativa iniziale dei processi osservati. In un disco di accrescimento, il moto orbitale fornisce naturalmente al sistema un carattere periodico e la presenza di un campo di gravita' forte ne arricchisce, a sua volta, il contenuto armonico. L’accoppiamento non-lineare delle frequenze caratteristiche di questi sistemi e' stato interpretato, nei vari modelli prodotti fino ad oggi, prevalentemente in termini di moto relativistico di singola particella, trascurando la natura magneto-idrodinamica della materia in accrescimento. Assumendo che l'origine del carattere quasi-periodico degli spettri derivi da meccanismi di risonanza non-lineare dei modi oscillatori del disco, lo scopo della tesi sara’ individuare nella dinamica del plasma in accrescimento alcuni processi candidabili come meccanismi di eccitazione e di sostentamento energetico di tale fenomeno. In questa direzione, un elemento fondamentale del lavoro sara’ caratterizzare il nostro sistema dinamico ideale in termini stocastici. La complessita' 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' in modo piu' diretto e piu' pratico in termini analitici. L'apparente dicotomia tra la descrizione di singola particella e le equazioni MHD per il mezzo continuo e' superata sfruttando le proprieta' visco-elastiche del fluido, acquisite in regime turbolento. In presenza di turbolenza, l'elemento di fluido viene descritto come una particella immersa in un mezzo fuori dall'equilibrio, riacquisendo, in termini stocastici, il carattere individuale della descrizione deterministica iniziale. Il contesto turbolento conferisce al singolo elemento di fluido un carattere Browniano, da cui segue una descrizione della dinamica complessiva in termini di equazione di Langevin generalizzata. Infine, con nuove equazioni della dinamica a disposizione, si puo' riconsiderare il processo di risonanza parametrica, analizzando in termini numerici gli effetti portati dalla presenza dei fattori stocastici. I risultati ottenuti sono interessanti da diversi punti di vista: l'introduzione in modo sistematico della complessita' del plasma in accrescimento nel modello permette, da un lato, di porre in stretta relazione l'energia fornita al sistema in risonanza con l'energia guadagnata dal disco tramite i processi di estrazione di momento angolare alla base dell'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.