Scheda CRACHEN FINAL




Informazioni generali

Cosmic Ray ACcelerators unveiled by High ENergy astrophysical observations

CRACHEN

Programma

Progetto

Programma

RSN4

RSN1

RSN2

Attività: In Itinere; Data inizio: 2016; Data fine: 2025

elena.amato elena.amato@inaf.it

Il presente programma di ricerca studia l'origine dei Raggi Cosmici (CR) e il loro impatto sul mezzo interstellare ed intergalattico. Negli ultimi 20 anni le osservazioni X e gamma hanno avuto impatto pari a quello delle misure dirette, sull’avanzamento della fisica dei CR, e il prossimo decennio promette risultati ancora più entusiasmanti, con ASTRI e CTA a scrutare il cielo alle più alte energie con prestazioni senza precedenti. Con questo programma si intende costruire un quadro teorico coerente entro cui interpretare i dati, così da sfruttare al meglio le potenzialità dei nuovi osservatori. La sinergia tra osservazioni e teoria permetterà ad INAF di giocare un ruolo di leadership mondiale nello svelare misteri come la natura dei PeVatroni e delle sorgenti prime di antimateria leptonica.

This long term research program focuses on the origin of Cosmic Rays and the impact of these particles on the interstellar and intergalactic medium. In the last 20 years discoveries in X-rays and gamma-rays have paralleled the importance of results from direct CR measurements. The next decade promises even more exciting news, with ASTRI and CTA observing the sky at the highest energies with unprecedented quality. This program is aimed at advancing theory so as to put the existing data in a coherent framework and prepare the tools for full exploitation of upcoming capabilities. The synergy between theory and observations will allow INAF to be a major player in unveiling outstanding mysteries in CR physics, such as the nature of PeVatrons and the main sources of leptonic anti-matter.

Struttura ed evoluzione stellare, incluse le fasi finali

Mezzo interstellare, formazione di stelle e sistemi planetari

Fisica degli oggetti compatti galattici ed extragalattici

Fenomeni non termici, raggi cosmici e astroparticelle

Infrastrutture da Terra (sviluppo/operazioni)

Infrastrutture dallo spazio per l’osservazione dell Universo (utilizzo)

Comunicazione, Didattica, Divulgazione


Team Summary

15. Personale INAF coinvolto
Numero di partecipanti INAF al progetto: 14
Struttura Nfte N0 TI 2023 TI 2024 TI 2025 TD 2023 TD 2024 TD 2025 Nex Extra
O.A. ARCETRI 6 0 2.00 1.90 2.00 0.70 0.30 0.00 0 0.00
O.A. PALERMO 0 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0 0.00
IRA BOLOGNA 0 0 0.00 0.00 0.00 0 0 0 0 0.00
O.A. BRERA 1 0 0.15 0.15 0.15 0.00 0.00 0.00 2 0.30
Totali 7 0 2.15 2.05 2.15 0.70 0.30 0.00 2 0.30
16. Personale Associato INAF coinvolto
Numero di partecipanti Associati INAF: 5
# Struttura TI 2023 TI 2024 TI 2025 TD 2023 TD 2024 TD 2025 Extra
1 Università degli Studi di Firenze 0.20 0.20 0.20 0 0 0 0.00
2 O.A. Palermo 0.00 0.00 0.00 0 0 0 0.00
3 O.A. PADOVA 0 0 0 0.00 0.00 0.00 0.00
4 Uni Torino 0.00 0.00 0.00 0 0 0 0.00
5 CTA Observatory 0 0 0 0 0 0 0.00
Totali 0.20 0.20 0.20 0.00 0.00 0.00 0.00

Fondi a sostegno

21. Totale fondi a disposizione (dato aggregato, k€)
Certi 2023 Certi 2024 Certi 2025 Presunti 2023 Presunti 2024 Presunti 2025
69.5 10.0 0.0 73.0 99.0 30.0

Produzione scientifica e tecnologica

22. Produzione scientifica e tecnologica - Highlights
# DOI Descrizione Azione
1 10.1093/mnras/stw1592 Titolo: Non-linear diffusion of cosmic rays escaping from supernova remnants - I. The effect of neutrals Autori:L. Nava and S. Gabici and A. Marcowith and G. Morlino and V. S. Ptuskin Publisher:Oxford University Press (OUP) Rivista: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Anno pubblicazione:2016
2 10.1007/s11214-017-0371-7 Titolo: Pulsar Wind Nebulae with Bow Shocks: Non-thermal Radiation and Cosmic Ray Leptons Autori:A. M. Bykov and E. Amato and A. E. Petrov and A. M. Krassilchtchikov and K. P. Levenfish Publisher:Springer Science and Business Media LLC Rivista: Space Science Reviews Anno pubblicazione:2017
3 10.1016/j.asr.2017.04.019 Titolo: Cosmic ray transport in the Galaxy: A review Autori:Elena Amato and Pasquale Blasi Publisher:Elsevier BV Rivista: Advances in Space Research Anno pubblicazione:2018
4 10.1093/mnras/stx2828 Titolo: Diffuse gamma-ray emission from self-confined cosmic rays around Galactic sources Autori:M. D'Angelo and G. Morlino and E. Amato and P. Blasi Publisher:Oxford University Press (OUP) Rivista: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Anno pubblicazione:2017
5 10.1103/PhysRevD.98.063017 Titolo: Self-generated cosmic-ray confinement in TeV halos: Implications for TeV gamma-ray emission and the positron excess Autori: C. Evoli, T. Linden, G. Morlino Publisher: American Physical Society Rivista: Physical Review D Anno pubblicazione: 2018
6 10.1103/PhysRevLett.122.051101 Titolo: Escape of Cosmic Rays from the Galaxy and Effects on the Circumgalactic Medium Autori:Pasquale Blasi and Elena Amato Publisher:American Physical Society (APS) Rivista: Physical Review Letters Anno pubblicazione:2019
7 10.1093/mnras/stz2819 Titolo: On the origin of jet-like features in bow shock pulsar wind nebulae Autori:B Olmi and N Bucciantini Publisher:Oxford University Press (OUP) Rivista: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Anno pubblicazione:2019
8 10.3847/2041-8213/abdf5a Titolo: Indication of a Pulsar Wind Nebula in the Hard X-Ray Emission from SN 1987A Autori:Emanuele Greco and Marco Miceli and Salvatore Orlando and Barbara Olmi and Fabrizio Bocchino and Sh .... Publisher:American Astronomical Society Rivista: The Astrophysical Journal Letters Anno pubblicazione:2021
9 10.3390/universe7110448 Titolo: The Crab Pulsar and Nebula as Seen in Gamma-Rays Autori:Elena Amato and Barbara Olmi Publisher:MDPI AG Rivista: Universe Anno pubblicazione:2021
10 10.1093/mnras/stac019 Titolo: Modelling the $\upgamma$-ray pulsar wind nebulae population in our galaxy Autori:M Fiori and B Olmi and E Amato and R Bandiera and N Bucciantini and L Zampieri and A Burtovoi Publisher:Oxford University Press (OUP) Rivista: Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Anno pubblicazione:2022



Informazioni Pubbliche

<p style="margin-right: 0px; margin-bottom: 0px; margin-left: 0px; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: &quot;Helvetica Neue&quot;; color: rgb(25, 28, 31);">The activities of this scheda are connected to those of PROGRESS (PI: A. Antonelli), PAMSUR (PI: S. Orlando) and PWNnumpol (PI: N. Bucciantini)</p><p style="margin-right: 0px; margin-bottom: 0px; margin-left: 0px; font-stretch: normal; line-height: normal; font-family: &quot;Helvetica Neue&quot;; color: rgb(25, 28, 31);"> Research lines: High energy astrophysics; Plasma astrophysics; Particle astrophysics; neutrino astrophysics; Interstellar medium; Interstellar dynamics; Interstellar plasma; nebulae; Supernova remnants Observational astronomy: computational astronomy; cosmic ray astronomy; gamma-ray astronomy; X-ray astronomy</p>

<p style="margin-right: 0px; margin-bottom: 16px; margin-left: 0px; font-stretch: normal; line-height: normal;">INAF fully holds the leadership of this multifaceted program. The majority of the funds so far received, including those obtained from competitive calls, come from projects with INAF PI-ship.</p><p style="margin-right: 0px; margin-bottom: 16px; margin-left: 0px; font-stretch: normal; line-height: normal;">The theoretical aspects of the research are primarily coordinated by INAF (with GSSI collaborating on a subset of the tasks). The expertise in computational astrophysics lies fully within INAF (in collaboration with two INAF associates, L. Del Zanna and A. Mignone). The interface with observations and upcoming facilities is managed by INAF team members actively involved in the Science Working Groups (SWGs) of CTA and ASTRI, and INAF associate R. Zanin, CTA project scientist.</p><p style="margin-right: 0px; margin-bottom: 16px; margin-left: 0px; font-stretch: normal; line-height: normal;">The team members have leading roles in the field also at the international level: G. Morlino and B. Olmi were the coordinators of the CTA SWGs on CRs and Galactic science respectively (2020-2022); E. Amato was coordinator of the CTA CR SWG (2018-2020) and has been a stable member since 2017 (chair in 2021 and 2023) of the CRD (galactic CRs) International Scientific Panel Committee of the ICRC; N. Bucciantini is the leader of the PWN topical working group of IXPE.</p>

<p>CTA; ASTRI;</p><p>MAGIC</p>


15. Team members, Informazioni generali


15. Personale INAF coinvolto

# Nome E-mail Struttura TI Qualifica Ruolo nel Progetto FTE Impegnate (2023/2024/2025) FTE Presunte (2023/2024/2025) Extra
1 elena.amato elena.amato@inaf.it O.A. ARCETRI Y RICERCATORE program coordinator; theoretical and numerical models X X X X X X X OK
2 rino.bandiera rino.bandiera@inaf.it O.A. ARCETRI Y ASTRONOMO ASSOCIATO phenomenological models; data analysis X X X X X X X OK
3 niccolo.bucciantini niccolo.bucciantini@inaf.it O.A. ARCETRI Y RICERCATORE numerical codes; numerical simulations X X X X X X X OK
4 giovanni.morlino giovanni.morlino@inaf.it O.A. ARCETRI Y RICERCATORE theoretical models; comparison between models and data X X X X X X X OK
5 barbara.olmi barbara.olmi@inaf.it O.A. ARCETRI Y RICERCATORE numerical codes; numerical simulations X X X X X X X OK
6 fabrizio.bocchino fabrizio.bocchino@inaf.it O.A. PALERMO Y RICERCATORE data analysis; comparison between models and observations X X X X X X X OK
7 salvatore.orlando salvatore.orlando@inaf.it O.A. PALERMO Y PRIMO RICERCATORE numerical codes; numerical simulations X X X X X X X OK
8 gianfranco.brunetti gianfranco.brunetti@inaf.it IRA BOLOGNA Y PRIMO RICERCATORE theoretical models X X X X X X X OK
9 fabrizio.tavecchio fabrizio.tavecchio@inaf.it O.A. BRERA Y PRIMO RICERCATORE non-thermal emission processes; gamma-rays; neutrinos X X X X X X X OK
10 lara.nava lara.nava@inaf.it O.A. BRERA Y RICERCATORE theoretical and numerical models X X X X X X X OK
11 chiara.righi chiara.righi@inaf.it O.A. BRERA N ASSEGNISTA gamma-ray astrophysics; neutrinos X X X X X X X OK
12 sabina.ustamujic sabina.ustamujic@inaf.it O.A. PALERMO N ASSEGNISTA numerical simulations; comparison between theory and observations X X X X X X X OK
13 marco.padovani marco.padovani@inaf.it O.A. ARCETRI Y RICERCATORE theoretical models for CRs in star forming environments X X X X X X X OK
14 stefano.menchiari stefano.menchiari@inaf.it O.A. ARCETRI N ASSEGNISTA cosmic ray acceleration in young massive star clusters: diagnostics X X X X X X X OK

16. Personale Associato INAF coinvolto

# Nome E-mail Struttura TI Qualifica Ruolo nel Progetto FTE Impegnate (2023/2024/2025) FTE Presunte (2023/2024/2025) Extra
1 luca.delzanna luca.delzanna@unifi.it Università degli Studi di Firenze Y Professore Associato MHD simulations of PWNe and Bow shock PWNe; computational plasma physics [0.2, 0.2, 0.2] [0.2, 0.2, 0.2] -1.0
2 marco.miceli marco.miceli@unipa.it O.A. Palermo Y Professore Associato data analysis; comparison between models and observations [0, 0, 0] [0.2, 0.2, 0.2] -1.0
3 michele.fiori michele.fiori86@gmail.com O.A. PADOVA N Assegnista di Ricerca, Università di Padova PWN evolution; simulations for gamma-ray telescopes [0, 0, 0] [-1.0, -1.0, -1.0] -1.0
4 andrea.mignone mignone@to.infn.it Uni Torino Y professore associato numerical codes for plasma astrophysics [0, 0, 0] [0.1, 0.1, 0.1] -1.0
5 roberta.zanin roberta.zanin@cta-observatory.org CTA Observatory TI project scientist CTA gamma-ray observations; upcoming gamma-ray facilities; PWN high energy phenomenology [0.2, 0.2, 0.2] [-1.0, -1.0, -1.0] -1.0

21. Fondi a Sostegno Iniziativa

This program, throughout its development, has received funds from MUR, INAF and ASI. It is currently funded by INAF (PRIN INAF 2019 - PI: S. Orlando; Theory grant 2022 - PI: G. Morlino; Mini-grant RSN4 2022 - PI: N. Bucciantini) and a PhD position has been granted to the project within the PNRR program CTA+. Different parts of the planned research are currently being proposed for funding to INAF (Mini Grant RSN4 2023, PI: B. Olmi ; Mini RSN4 2023, PI: S. Menchiari) and to MUR (PRIN 22, PI: E. Amato).


Tabella fondi:

# Provenienza Certi 2023 (k€) Certi 2024 (k€) Certi 2025 (k€) Presun. 2023 (k€) Presun. 2024 (k€) Presun. 2025 (k€) Totale Certi (k€) Totale Presunti (k€)
1 MIUR 0 0 0 30 60 30 0 120
2 INAF PRIN 2019 10.5 0 0 0 0 0 10 0
3 PNRR CTA+ 0 0 0 30 30 0 0 60
4 INAF Mini Grant RSN4 (2022) 10 10 0 0 0 0 20 0
5 INAF Mini grant RSN4 (2023) 0 0 0 13 9 0 0 22


Tabella fondi Astrofisica Fondamentale e PNRR:
# Provenienza Fondi 2023 (€) Fondi 2024 (€) Fondi 2025 (€)
1 INAF - Theory Grant 49600.0