Current Sheet Regulation of Solar Near-relativistic Electron Injection Histories

We present a sample of three large near-relativistic (>50 keV) electron events observed in 2001 by both the ACE and the Ulysses spacecraft, when Ulysses was at high-northern latitudes (>60◦) and close to 2 AU. Despite the large latitudinal distance between the two spacecraft, electrons injected near the Sun reached both heliospheric locations. All three events were associated with large solar flares, strong decametric type II radio bursts and accompanied by wide (>212◦) and fast (>1400 km s−1) coronal mass ejections (CMEs). We use advanced interplanetary transport simulations and make use of the directional intensities observed in situ by the spacecraft to infer the electron injection profile close to the Sun and the interplanetary transport conditions at both low and high latitudes. For the three selected events, we find similar interplanetary transport conditions at different heliolatitudes for a given event, with values of the mean free path ranging from 0.04 AU to 0.27 AU. We find differences in the injection profiles inferred for each spacecraft. We investigate the role that sector boundaries of the heliospheric current sheet (HCS) have on determining the characteristics of the electron injection profiles. Extended injection profiles, associated with coronal shocks, are found if the magnetic footpoints of the spacecraft lay in the same magnetic sector as the associated flare, while intermittent sparse injection episodes appear when the spacecraft footpoints are in the opposite sector or a wrap in the HCS bounded the CME structure.

High mass microquasars and low latitude gamma-ray sources

Population studies of unidentified EGRET sources suggest that there exist at least three different populations of galactic gamma-ray sources. One of these populations is formed by young objects distributed along the galactic plane with a strong concentration toward the inner spiral arms of the Galaxy. Variability, spectral and correlation analysis indicate that this population is not homogeneous. In particular, there is a subgroup of sources that display clear variability in their gamma-ray fluxes on timescales from days to months. Following the proposal by Kaufman Bernad\'o et al. (2002), we suggest that this group of sources might be high-mass microquasars, i.e. accreting black holes or neutron stars with relativistic jets and early-type stellar companions. We present detailed inhomogeneous models for the gamma-ray emission of these systems that include both external and synchrotron self-Compton interactions. We have included effects of interactions between the jet and all external photon fields to which it is exposed: companion star, accretion disk, and hot corona. We make broadband calculations to predict the spectral energy distribution of these objects from radio up to GeV energies. The results and predictions can be tested by present and future gamma-ray instruments like INTEGRAL, AGILE, and GLAST.

Current Sheet Regulation of Solar Near-Relativistic Electron Injection Histories

We present a sample of three large near-relativistic (>50 keV) electron events observed in 2001 by both the ACE and the Ulysses spacecraft, when Ulysses was at high-northern latitudes (>60°) and close to 2 AU. Despite the large latitudinal distance between the two spacecraft, electrons injected near the Sun reached both heliospheric locations. All three events were associated with large solar flares, strong decametric type II radio bursts and accompanied by wide (>212°) and fast (>1400 km s-1) coronal mass ejections (CMEs). We use advanced interplanetary transport simulations and make use of the directional intensities observed in situ by the spacecraft to infer the electron injection profile close to the Sun and the interplanetary transport conditions at both low and high latitudes. For the three selected events, we find similar interplanetary transport conditions at different heliolatitudes for a given event, with values of the mean free path ranging from 0.04 AU to 0.27 AU. We find differences in the injection profiles inferred for each spacecraft. We investigate the role that sector boundaries of the heliospheric current sheet (HCS) have on determining the characteristics of the electron injection profiles. Extended injection profiles, associated with coronal shocks, are found if the magnetic footpoints of the spacecraft lay in the same magnetic sector as the associated flare, while intermittent sparse injection episodes appear when the spacecraft footpoints are in the opposite sector or a wrap in the HCS bounded the CME structure.

Massive protostars as gamma-ray sources.

Massive protostars have associated bipolar outflows with velocities of hundreds of km s-1. Such outflows can produce strong shocks when they interact with the ambient medium leading to regions of nonthermal radio emission. Aims. We aim at exploring under which conditions relativistic particles are accelerated at the terminal shocks of the protostellar jets and whether they can produce significant gamma-ray emission. Methods. We estimate the conditions necessary for particle acceleration up to very high energies and gamma-ray production in the nonthermal hot spots of jets associated with massive protostars embedded in dense molecular clouds. Results. We show that relativistic bremsstrahlung and proton-proton collisions can make molecular clouds with massive young stellar objects detectable by the Fermi satellite at MeV-GeV energies and by Cherenkov telescope arrays in the GeV-TeV range. Conclusions. Gamma-ray astronomy can be used to probe the physical conditions in star-forming regions and particle acceleration processes in the complex environment of massive molecular clouds.

Hints for a fast precessing relativistic radio jet in LS I + 61° 303

Here we discuss two consecutive MERLIN observations of the X-ray binary LS I +61° 303 . The first observation shows a double-sided jet extending up to about 200 AU on both sides of a central source. The jet shows a bent S-shaped structure similar to the one displayed by the well-known precessing jet of SS 433 . The precession suggested in the first MERLIN image becomes evident in the second one, showing a one-sided bent jet significantly rotated with respect to the jet of the day before. We conclude that the derived precession of the relativistic (beta=0.6) jet explains puzzling previous VLBI results. Moreover, the fact that the precession is fast could be the explanation of the never understood short term (days) variability of the associated gamma-ray source 2CG 135+01 / 3EG J0241+6103

A broadband leptonic model for gamma-ray emitting microquasars

Observational and theoretical studies point to microquasars (MQs) as possible counterparts of a significant fraction of the unidentified gamma-ray sources detected so far. At present, a proper scenario to explain the emission beyond soft X-rays from these objects is not known, nor what the precise connection is between the radio and the high-energy radiation. We develop a new model where the MQ jet is dynamically dominated by cold protons and radiatively dominated by relativistic leptons. The matter content and power of the jet are both related with the accretion process. The magnetic field is assumed to be close to equipartition, although it is attached to and dominated by the jet matter. For the relativistic particles in the jet, their maximum energy depends on both the acceleration efficiency and the energy losses. The model takes into account the interaction of the relativistic jet particles with the magnetic field and all the photon and matter fields. Such interaction produces significant amounts of radiation from radio to very high energies through synchrotron, relativistic Bremsstrahlung, and inverse Compton (IC) processes. Variability of the emission produced by changes in the accretion process (e.g. via orbital eccentricity) is also expected. The effects of the gamma-ray absorption by the external photon fields on the gamma-ray spectrum have been taken into account, revealing clear spectral features that might be observed. This model is consistent to the accretion scenario, energy conservation laws, and current observational knowledge, and can provide deeper physical information of the source when tested against multiwavelength data.

Non-thermal emission from microquasar/ISM interaction

Context. The interaction of microquasar jets with their environment can produce non-thermal radiation as in the case of extragalactic outflows impacting on their surroundings. Significant observational evidence of jet/medium interaction in galactic microquasars has been collected in the past few years, although little theoretical work has been done regarding the resulting non-thermal emission. Aims. In this work, we investigate the non-thermal emission produced in the interaction between microquasar jets and their environment, and the physical conditions for its production. Methods. We developed an analytical model based on those successfully applied to extragalactic sources. The jet is taken to be a supersonic and mildly relativistic hydrodynamical outflow. We focus on the jet/shocked medium structure in its adiabatic phase, and assume that it grows in a self-similar way. We calculate the fluxes and spectra of the radiation produced via synchrotron, inverse Compton, and relativistic bremsstrahlung processes by electrons accelerated in strong shocks. A hydrodynamical simulation is also performed to investigate further the jet interaction with the environment and check the physical parameters used in the analytical model. Results. For reasonable values of the magnetic field, and using typical values of the external matter density, the non-thermal particles could produce significant amounts of radiation at different wavelengths, although they do not cool primarily radiatively, but by adiabatic losses. The physical conditions of the analytical jet/medium interaction model are consistent with those found in the hydrodynamical simulation. Conclusions. Microquasar jet termination regions could be detectable at radio wavelengths for current instruments sensitive to ~arcminute scales. At X-ray energies, the expected luminosities are moderate, although the emitter is more compact than the radio one. The source may be detectable by XMM-Newton or Chandra, with 1-10 arcsec of angular resolution. The radiation at gamma-ray energies may be within the detection limits of the next generation of satellite and ground-based instruments.

Sabbatical stay at CREVER, University Rovira i Virgili

A three-year research proposal of international impact and quality was developed between the author and CREVER researchers, taking into account the infrastructure and research lines already being carried out at CREVER. The project is related to the study of new mixtures in thermal activated systems, by the addition of a third component to help the heat transfer processes. The project proposes the use of water and lithium nitrate as absorbents in ternary ammonia mixtures, varying the concentration with the objective of optimising the mixture for solar air conditioning purposes. Also, the research proposal will promote an intensive collaboration in the following years between CREVER and The Centro de Investigación en Energía-UNAM, Mexico.

Fabricació de Lents Zonals de Fresnel per aplicació als raigs X tous

Estudi elaborat a partir d’una estada al Paul Scherrer Institut del Maig a l’Octubre del 2006 amb l’ajuda i supervisió dels Dr. Konstantins Jefimovs i Dr. Christian David. Focalitzar raigs X tous és una necessitat essencial per al microanàlisis, la microscopia, i fer imatges en moltes Instal·lacions de Radiació Sincrotró. Les Lents Zonals de Fresnel (FZP, de la denominació anglesa “Fresnel Zone Plates”) han demostrat donar uns punts focals amb una resolució espacial destacada i una baixa il·luminació de fons. Tanmateix, la fabricació de FZP és complexa i no totalment reproduïble. A més a més, el temps de vida de les FZP és força curt, ja que estant situades sobre membranes de nitrur de silici molt fines i altament absorbents. Per tant, hem fet esforços per implementar FZP de silici, que s’espera que siguin més resistents. L’element està fet d’una oblia de cristall de silici poc absorbent, i no presenta cap interfase entre materials. Així doncs, aquestes lents són especialment adequades per a aguantar les extremes càrregues de radiació de les fonts de raigs X més brillants. Particularment, això és molt important per a les aplicacions a les pròximes generacions de fonts de raigs X, com els Làsers d’Electrons Lliures (FEL, de la denominació anglesa “Free Electron Laser”). El silici també garanteix que no hi hagi cap banda d’absorció en el rang d’energies de la finestra de l’aigua (200-520 eV), fent aquestes lents ideals per a fer imatges de mostres biològiques. En aquest informe, hi ha una descripció detallada de tots els passos involucrats en la fabricació de les Lents Zonals de Fresnel de silici. En resum, les estructures de FZP es modelen sobre una resina utilitzant litografia per feix d’electrons i llavors el patró es transmet al silici mitjançant un gravat d’ions reactius (RIE, de la denominació anglesa ‘Reactive Ion Etching’) utilitzant una fina (20 nm) màscara de Crintermitja. Les membranes de silici es poden aprimar després de la fabricació de les estructures per a garantir una transmissió suficient fins i tot a baixes energies. Aquest informe també inclou l’anàlisi i la discussió d’alguns experiments preliminars per avaluar el rendiment de les Si FZPs fets a la línia de llum PolLux del Swiss Ligth Source amb l’ajuda dels Dr. Jörg Raabe i Dr. George Tzvetkov.

Characterisation of neutron spectra in mixed high energy fields in lineal accelerators: response functions validation

Actualment, la resposta de la majoria d’instrumentació operacional i dels dosímetres personals utilitzats en radioprotecció per a la dosimetria neutrònica és altament dependent de l’energia dels espectres neutrònics a analitzar, especialment amb camps neutrònics amb una important component intermitja. En conseqüència, la interpretació de les lectures d’aquests aparells es complicada si no es té un coneixement previ de la distribució espectral de la fluència neutrònica en els punts d’interès. El Grup de Física de les Radiacions de la Universitat Autònoma de Barcelona (GFR-UAB) ha desenvolupat en els últims anys un espectròmetre de neutrons basat en un Sistema d’Esferes Bonner (BSS) amb un contador proporcional d’3He com a detector actiu. Els principals avantatges dels espectròmetres de neutrons per BSS són: la seva resposta isotròpica, la possibilitat de discriminar la component neutrònica de la gamma en camps mixtos, i la seva alta sensibilitat neutrònica als nivells de dosi analitzats. Amb aquestes característiques, els espectròmetres neutrònics per BSS compleixen amb els estándards de les últimes recomanacions de la ICRP i poden ser utilitzats també en el camp de la dosimetria neutrònica per a la mesura de dosis en el rang d’energia que va dels tèrmics fins als 20 MeV, en nou ordres de magnitud. En el marc de la col•laboració entre el GFR - UAB i el Laboratorio Nazionale di Frascati – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (LNF-INFN), ha tingut lloc una experiència comparativa d’espectrometria per BSS amb els feixos quasi monoenergètics de 2.5 MeV i 14 MeV del Fast Neutron Generator de l’ENEA. En l’exercici s’ha determinat l’espectre neutrònic a diferents distàncies del blanc de l’accelerador, aprofitant el codi FRUIT recentment desenvolupat pel grup LNF. Els resultats obtinguts mostren una bona coherència entre els dos espectròmetres i les dades mesurades i simulades.

El Grupo Interuniversitario de Física Teórica (GIFT) : Génesis y desarrollo histórico (1968-1976)

Este trabajo estudia el caso de la Física Teórica de Altas Energías (FTAE) en España durante la dictadura de Franco. El trabajo analiza la creación de un grupo de investigación, el GIFT, además de la relación entre ciencia y política, las estrategias para organizarse, obtener recursos y desarrollarse, el problema de la tradición en ciencia y la influencia internacional en el caso de la FTAE. Desde el punto de vista metodológico, una parte fundamental del trabajo ha consistido en la recopilación y creación de fuentes históricas y material de archivo, dentro del proyecto del Servei d'Arxius de Ciència.

Los recursos naturales en Cataluña: análisis y prospectiva de la evolución de las necesidades

El present treball consisteix en una anàlisis de la situació energètica actual a Catalunya i les seves previsions basades en la Pla Energètic de Catalunya 2006-2015 elaborat pel Institut Català d’Energia. En relació al anàlisis de la situació energètica actual, el projecte engloba des de la perspectiva de la situació energètica global, europea, estatal i nacional de Catalunya. Posteriorment, es realitza una valoració de les necessitats energètiques de Catalunya, s’exposen els objectius i les previsions fins el 2015. Al llarg de tot l’anàlisi del present projecte s’han tingut en consideració el paper de la eficiència energètica i de les energies renovables. Addicionalment, s’estudien i analitzen les politiques i estratègies que pretenen portar a terme les Autoritats de Catalunya per aconseguir les seves previsions. Per últim, es realitza una valoració de les probabilitats d’èxit de les actuacions previstes proposant certes recomanacions.

Autosuficiència energètica en nuclis de muntanya: experiència a Araós

A aquest estudi s’ha analitzat si és viable l’autosuficiència energètica en base a un estudi pilot al nucli d’Araós a partir dels recursos renovables locals. S’ha realitzat un anàlisi del consum energètic del nucli d’Araós i s’ha comparat amb el potencial de producció energètica dels recursos renovables locals, incloent energia provinent de la biomassa forestal dels boscos de què disposa el municipi d’Alins i energia solar. Igualment s’han analitzat les emissions de CO2 derivades del consum energètic del poble. S’ha comprovat així que la mitjana de consum per habitant i any d’Araós supera en 1Tep a la mitjana de Catalunya. El 38% del consum d’Araós però, prové de biomassa forestal local, que compta amb unes emissions de CO2 associades pràcticament nul·les. Finalment s’ha detectat que és possible assolir l’autosuficiència energètica d’Araós, mitjançant diferents estratègies d’implantació d’energies renovables. S’han considerat dues estratègies que cobreixen de 3 a 5 vegades el consum energètic: estratègia individual amb instal·lació d’energia solar en teulada i, calefacció i ACS a partir de calderes de biomassa; estratègia col·lectiva mitjançant una central de biomassa forestal. Ambdues representen beneficis energètics, econòmics i fins un 92% de reducció d’emissions de CO2.

Estudi ambiental del Centre Esportiu Puigverd: aigua, residus i característiques físiques

El medi ambient està creixent i adquirint actualment una importància fins ara mai vista. La societat reconeix el medi ambient com un factor de benestar social i personal, i alhora una característica de modernitat. En aquest estudi s’analitzen tots els factors ambientals presents en l’activitat quotidiana d’un centre esportiu. El centre escollit es troba situat en el municipi de Castellar del Vallès, a la comarca del Vallès Occidental, província de Barcelona. Aquest centre construït fa 17 anys per la demanda continua dels habitants del poble i per les pressions dels nuclis urbans pròxims, ha sofert uns canvis que actualment encara estan presents. Els objectius de l’estudi són la descripció, l’anàlisi i el tractament de la gestió actual del centre envers els recursos utilitzats. L’aigua, els residus i per últim les propietats físiques de l’edificació, com a innovació en aquesta tipologia d’estudis. L’anàlisi i tractament d’aquests, permet conèixer els punts forts i febles del centre. Les flaqueses observades afecten majoritàriament als factors ambientals. Conseqüentment, es dissenyen unes propostes de millora per tal de poder minimitzar els impactes soferts i redireccionar la gestió ambiental del centre, afrontant així un futur amb un desenvolupament sostenible.

Desconnexió de la xarxa

Treball de recerca realitzat per un alumne d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit cientí­fic del Jovent l'any 2009. Aquest treball es planteja com un repte la necessitat de connexió a una xarxa de subministrament elèctric i d'aigua. L'objectiu del treball ha estat comprovar si, tan tècnicament com econòmica, es pot aconseguir l'autosuficiència d'una casa de muntanya del Vallès Oriental tot aprofitant els recursos que ens ofereix el medi, però sense haver de renunciar al nivell de vida al qual ens hem acostumat durant els darrers anys. Després d'una recollida de dades i valoració del consum energètic mínim que volem imposar, hem dissenyat una instal·lació capaç d'aprofitar les energies renovables de l'entorn i de satisfer les nostres necessitats. La instal·lació inclou plaques fotovoltaiques, col·lectors solars, cisternes per a la recollida d'aigua, bombes, etc. Finalment, s'inclou un pressupost d'aquesta instal·lació, que indica que els diners que caldria invertir són massa. Es demostra, doncs, que l'autosuficiència d'aquesta casa és tècnicament viable, però econòmicament inviable (o gens rendible).