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 findings, 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: 15
Struttura Nfte N0 TI 2024 TI 2025 TI 2026 TD 2024 TD 2025 TD 2026 Nex Extra
O.A. ARCETRI 4 0 1.70 2.00 2.00 0.00 0.00 0.00 0 0.00
O.A. BRERA 0 0 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0 0.00
O.A. PALERMO 0 0 0.00 0.00 0.00 0 0 0 0 0.00
IRA BOLOGNA 0 0 0.00 0.00 0.00 0 0 0 0 0.00
O.A. PADOVA 0 0 0 0 0 0.00 0.00 0.00 0 0.00
Totali 4 0 1.70 2.00 2.00 0.00 0.00 0.00 0 0.00
16. Personale Associato INAF coinvolto
Numero di partecipanti Associati INAF: 5
# Struttura TI 2024 TI 2025 TI 2026 TD 2024 TD 2025 TD 2026 Extra
1 Università di Firenze 0.30 0.30 0.30 0 0 0 0.00
2 Uni Torino 0.00 0.00 0.00 0 0 0 0.00
3 CTAO 0.20 0.20 0.20 0 0 0 0.00
4 O.A. Palermo 0.20 0.20 0.20 0 0 0 0.00
5 Instituto de Astrofísica de Andalucía 0 0 0 0.20 0.20 0.20 0.00
Totali 0.70 0.70 0.70 0.20 0.20 0.20 0.00

Fondi a sostegno

21. Totale fondi a disposizione (dato aggregato, k€)
Certi 2024 Certi 2025 Certi 2026 Presunti 2024 Presunti 2025 Presunti 2026
68.0 114.5 0.0 0.0 43.0 15.0

Produzione scientifica e tecnologica

22. Produzione scientifica e tecnologica - Highlights
# DOI Descrizione Azione
1 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
2 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
3 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
4 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
5 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
6 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
7 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
8 10.1051/0004-6361/202449382 Titolo: The nature of the X-ray filaments around bow shock pulsar wind nebulae Autori:Olmi, Barbara and Amato, Elena and Bandiera, Rino and Blasi, Pasquale Publisher:EDP Sciences Rivista: EDP Sciences
9 10.1093/mnras/stab690 Titolo: Particle acceleration in winds of star clusters Autori:Morlino, G and Blasi, P and Peretti, E and Cristofari, P Publisher:Oxford University Press (OUP) Rivista: Oxford University Press (OUP)
10 10.3847/2041-8213/abdf5a Titolo: Indication of a Pulsar Wind Nebula in the Hard X-Ray Emission from SN 1987A Autori:Greco, Emanuele and Miceli, Marco and Orlando, Salvatore and Olmi, Barbara and Bocchino, Fabrizio an .... Publisher:American Astronomical Society Rivista: American Astronomical Society



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>CTAO; ASTRI Mini-Array;</p><p>MAGIC</p>


15. Team members, Informazioni generali


15. Personale INAF coinvolto

# Nome E-mail Struttura TI Qualifica Ruolo nel Progetto FTE Impegnate (2024/2025/2026) FTE Presunte (2024/2025/2026) Extra
1 elena.amato elena.amato@inaf.it O.A. ARCETRI Y PRIMO RICERCATORE program coordinator - theoretical and numerical models X X X X X X X OK
2 niccolo.bucciantini niccolo.bucciantini@inaf.it O.A. ARCETRI Y PRIMO RICERCATORE numerical codes - numerical simulations X X X X X X X OK
3 giovanni.morlino giovanni.morlino@inaf.it O.A. ARCETRI Y PRIMO RICERCATORE theoretical models - comparison between models and data X X X X X X X OK
4 barbara.olmi barbara.olmi@inaf.it O.A. ARCETRI Y PRIMO RICERCATORE numerical codes - numerical simulations X X X X X X X OK
5 giada.peron giada.peron@inaf.it O.A. ARCETRI N ASSEGNISTA gamma-ray data analysis X X X X X X X OK
6 sarah.recchia sarah.recchia@inaf.it O.A. ARCETRI N ASSEGNISTA theoretical modeling of particle propagation X X X X X X X OK
7 michela.rigoselli michela.rigoselli@inaf.it O.A. BRERA N RICERCATORE pulsars - observations and data analysis X X X X X X X OK
8 fabrizio.bocchino fabrizio.bocchino@inaf.it O.A. PALERMO Y PRIMO RICERCATORE data analysis - comparison between models and observations X X X X X X X OK
9 salvatore.orlando salvatore.orlando@inaf.it O.A. PALERMO Y DIRIGENTE DI RICERCA numerical codes - numerical simulations X X X X X X X OK
10 gianfranco.brunetti gianfranco.brunetti@inaf.it IRA BOLOGNA Y DIRIGENTE DI RICERCA theoretical models X X X X X X X OK
11 fabrizio.tavecchio fabrizio.tavecchio@inaf.it O.A. BRERA Y DIRIGENTE DI RICERCA non-thermal emission processes - gamma-rays - neutrinos X X X X X X X OK
12 lara.nava lara.nava@inaf.it O.A. BRERA Y PRIMO RICERCATORE theoretical and numerical models X X X X X X X OK
13 chiara.righi chiara.righi@inaf.it O.A. BRERA N RICERCATORE gamma-ray astrophysics - neutrinos X X X X X X X OK
14 marco.padovani marco.padovani@inaf.it O.A. ARCETRI Y PRIMO RICERCATORE theoretical models for CRs in star-forming environments X X X X X X X OK
15 michele.fiori michele.fiori@inaf.it O.A. PADOVA N TECNOLOGO PWN evolution - simulations for gamma-ray telescopes X X X X X X X OK

16. Personale Associato INAF coinvolto

# Nome E-mail Struttura TI Qualifica Ruolo nel Progetto FTE Impegnate (2024/2025/2026) FTE Presunte (2024/2025/2026) Extra
1 luca.delzanna luca.delzanna@unifi.it Università di Firenze Y professore associato MHD simulations of PWNe and Bow Shock PWNe - computational plasma physics [0.3, 0.3, 0.3] [0.0, 0.0, 0.0] 0.0
2 andrea.mignone mignone@to.infn.it Uni Torino Y professore associato numerical codes for plasma astrophysics [0, 0, 0] [0.0, 0.0, 0.0] 0.0
3 roberta.zanin roberta.zanin@cta-observatory.org CTAO Y CTAO project scientist gamma-ray observations - upcoming gamma-ray facilities - PWN high energy phenomenology [0.2, 0.2, 0.2] [0.0, 0.0, 0.0] 0.0
4 marco.miceli marco.miceli@unipa.it O.A. Palermo Y Professore Associato data analysis - comparison between models and observations [0.2, 0.2, 0.2] [0.0, 0.0, 0.0] 0.0
5 stefano.menchiari smenchiari@iaa.es Instituto de Astrofísica de Andalucía N postdoc diagnostics of CR acceleration in star clusters [0.2, 0.2, 0.2] [0.0, 0.0, 0.0] 0.0

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; Mini-grant RSN4 2023 - PI: B. Olmi; Mini-grant RSN4 2023 - PI: S. Menchiari; PRIN - MUR 2022 - PI: E. Amato) and a PhD position has been granted to the project within the PNRR program CTA+. Other parts of the planned research are currently being proposed for funding to INAF (Theory Grant 2024, PI: G. Morlino ; Mini grant RSN4 2024, PI: G. Peron).


Tabella fondi:

# Provenienza Certi 2024 (k€) Certi 2025 (k€) Certi 2026 (k€) Presun. 2024 (k€) Presun. 2025 (k€) Presun. 2026 (k€) Totale Certi (k€) Totale Presunti (k€)
1 MIUR 20 80.5 0 0 0 0 100 0
2 INAF PRIN 2019 2 0 0 0 0 0 2 0
3 PNRR CTA+ 24 24 0 0 0 0 48 0
4 INAF Mini Grant RSN4 (2022) 10 0 None 0 0 None 10 0
5 INAF Mini grant RSN4 (2023) 12 10 0 0 0 0 22 0
6 INAF Mini-grant RSN4 0 0 0 0 8 0 0 8
7 INAF Theory Grant 0 0 0 0 35 15 0 50


Tabella fondi Astrofisica Fondamentale e PNRR:
# Provenienza Fondi 2024 (€) Fondi 2025 (€) Fondi 2026 (€)