Anàlisi de les idees prèvies d’alumnes d’educació primària sobre astronomia

Els coneixements previs són el punt de partida per a construir un coneixement de forma significativa. Cal analitzar-los i tenir consciència dels models mentals dels infants per a poder fer un canvi conceptual que ens porti del coneixement intuïtiu al coneixement científic. És per això que aquesta investigació fa un anàlisi d’aquests coneixements en el contingut d’astronomia. El mètode de recollir les dades és fa a través d’una entrevista a 10 nens i nenes de 6 a 7 anys d’una escola pública de Sabadell. Les dades interpretades es representen en taules i gràfics. Els resultats ens demostren que l’experiència pròpia fa que els infants construeixin els seus propis models mentals.

Terrestrial laser scanning for landslides deformation monitoring

Within last few years a new type of instruments called Terrestrial Laser Scanners (TLS) entered to the commercial market. These devices brought a possibility to obtain completely new type of spatial, three dimensional data describing the object of interest. TLS instruments are generating a type of data that needs a special treatment. Appearance of this technique made possible to monitor deformations of very large objects, like investigated here landslides, with new quality level. This change is visible especially with relation to the size and number of the details that can be observed with this new method. Taking into account this context presented here work is oriented on recognition and characterization of raw data received from the TLS instruments as well as processing phases, tools and techniques to do them. Main objective are definition and recognition of the problems related with usage of the TLS data, characterization of the quality single point generated by TLS, description and investigation of the TLS processing approach for landslides deformation measurements allowing to obtain 3D deformation characteristic and finally validation of the obtained results. The above objectives are based on the bibliography studies and research work followed by several experiments that will prove the conclusions.

Developing discontinuous Galerkin methods for the resolution of the incompressible Navier-Stokes equations

Informe de investigación elaborado a partir de una estancia en el Laboratorio de Diseño Computacional en Aeroespacial en el Massachusetts Institute of Technology (MIT), Estados Unidos, entre noviembre de 2006 y agosto de 2007. La aerodinámica es una rama de la dinámica de fluidos referida al estudio de los movimientos de los líquidos o gases, cuya meta principal es predecir las fuerzas aerodinámicas en un avión o cualquier tipo de vehículo, incluyendo los automóviles. Las ecuaciones de Navier-Stokes representan un estado dinámico del equilibrio de las fuerzas que actúan en cualquier región dada del fluido. Son uno de los sistemas de ecuaciones más útiles porque describen la física de una gran cantidad de fenómenos como corrientes del océano, flujos alrededor de una superficie de sustentación, etc. En el contexto de una tesis doctoral, se está estudiando un flujo viscoso e incompresible, solucionando las ecuaciones de Navier- Stokes incompresibles de una manera eficiente. Durante la estancia en el MIT, se ha utilizado un método de Galerkin discontinuo para solucionar las ecuaciones de Navier-Stokes incompresibles usando, o bien un parámetro de penalti para asegurar la continuidad de los flujos entre elementos, o bien un método de Galerkin discontinuo compacto. Ambos métodos han dado buenos resultados y varios ejemplos numéricos se han simulado para validar el buen comportamiento de los métodos desarrollados. También se han estudiado elementos particulares, los elementos de Raviart y Thomas, que se podrían utilizar en una formulación mixta para obtener un algoritmo eficiente para solucionar problemas numéricos complejos.

Real time GPS precise positioning of LEO satellites

Report for the scientific sojourn at the German Aerospace Center (DLR) , Germany, during June and July 2006. The main objective of the two months stay has been to apply the techniques of LEO (Low Earth Orbiters) satellites GPS navigation which DLR currently uses in real time navigation. These techniques comprise the use of a dynamical model which takes into account the precise earth gravity field and models to account for the effects which perturb the LEO’s motion (such as drag forces due to earth’s atmosphere, solar pressure, due to the solar radiation impacting on the spacecraft, luni-solar gravity, due to the perturbation of the gravity field for the sun and moon attraction, and tidal forces, due to the ocean and solid tides). A high parameterized software was produced in the first part of work, which has been used to asses which accuracy could be reached exploring different models and complexities. The objective was to study the accuracy vs complexity, taking into account that LEOs at different heights have different behaviors. In this frame, several LEOs have been selected in a wide range of altitudes, and several approaches with different complexity have been chosen. Complexity is a very important issue, because processors onboard spacecrafts have very limited computing and memory resources, so it is mandatory to keep the algorithms simple enough to let the satellite process it by itself.

Expansió accelerada de l’univers i teories de gravetat modificada a grans escales

Estudi realitzat a partir d’una estada al Physics Department de la New York University, United States, Estats Units, entre 2006 i 2008. Una de les observacions de més impacte en la cosmologia moderna ha estat la determinació empírica que l’Univers es troba actualment en una fase d’Expansió Accelerada (EA). Aquest fenòmen implica que o bé l’Univers està dominat per un nou sector de matèria/energia, o bé la Relativitat General deixa de tenir validesa a escales cosmològiques. La primera possibilitat comprèn els models d’Energia Fosca (EF), i el seu principal problema és que l’EF ha de tenir propietats tan especials que es fan difícils de justificar teòricament. La segona possibilitat requereix la construcció de teories consistents de Gravetat Modificada a Grans Distàncies (GMGD), que són una generalització dels models de gravetat massiva. L’interès fenomenològic per aquestes teories també va resorgir amb l’aparició dels primers exemples de models de GMGD, com ara el model de Dvali, Gabadadze i Porrati (DGP), que consisteix en un tipus de brana en una dimensió extra. Malauradament, però, aquest model no permet explicar de forma consistent l’EA de l’Univers. Un dels objectius d’aquest projecte ha estat establir la viabilitat interna i fenomenològica dels models de GMGD. Des del punt de vista fenomenològic, ens hem centrat en la questió més important a la pràctica: trobar signatures observacionals que permetin distingir els models de GMGD dels d’EF. A nivell més teòric, també hem investigat el significat de les inestabilitats del model DGP.L’altre gran objectiu que ens vam proposar va ser la construcció de noves teories de GMGD. En la segona part d’aquest projecte, hem elaborat i mostrat la consistència del model “DGP en Cascada”, que generalitza el model DGP a més dimensions extra, i representa el segon model consistent i invariant-Lorentz a l’espai pla conegut. L’existència d’altres models de GMGD més enllà de DGP és de gran interès atès que podria permetre obtenir l’EA de l’Univers de forma purament geomètrica.

L'albedo lunar i els satèl·lits: Recerca sobre els efectes de l'albedo lunar en les plaques solars d'un satèl·lit artificial que orbita al voltant de la Lluna

Treball de recerca realitzat per una alumna d'ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l'any 2009. L’albedo lunar i els satèl•lits és un treball que relaciona l’enginyeria aeroespacial amb l’astronomia. El seu objectiu principal investigar si l’albedo lunar, els rajos de sol reflectits a la superfície lunar, pot modificar significativament la temperatura de les plaques solars d’un satèl•lit artificial que orbiti la Lluna i, en conseqüència, afectar-ne el rendiment. El segon objectiu del treball és calcular si seria possible fer un mapa d’albedo lunar, a partir de la temperatura d’un satèl•lit en òrbita al voltant de la Lluna, que permetria conèixer amb més precisió la composició de la superfície lunar. Després d’adquirir els fonaments teòrics necessaris per a realitzar el treball, del procés per a trobar la manera de dur a terme els càlculs i d’efectuar els càlculs en si, les conclusions del treball són que l’albedo lunar causa un augment de temperatura en els satèl•lits prou significatiu per afectar-ne el rendiment; i que amb les temperatures enregistrades per un satèl•lit en òrbita al voltant de la Lluna es podria crear un mapa d’albedo. Aquesta recerca ha estat feta per suggeriment i sota la supervisió del CTAE (Centre de Tecnologia Aeroespacial) per analitzar si els resultats són aplicables al satèl•lit que s’enviarà a la Lluna, Lunar Mission BW1.

Symmetric planar central configurations of five bodies: Euler plus two

We study planar central configurations of the five-body problem where three of the bodies are collinear, forming an Euler central configuration of the three-body problem, and the two other bodies together with the collinear configuration are in the same plane. The problem considered here assumes certain symmetries. From the three bodies in the collinear configuration, the two bodies at the extremities have equal masses and the third one is at the middle point between the two. The fourth and fifth bodies are placed in a symmetric way: either with respect to the line containing the three bodies, or with respect to the middle body in the collinear configuration, or with respect to the perpendicular bisector of the segment containing the three bodies. The possible stacked five-body central configurations satisfying these types of symmetries are: a rhombus with four masses at the vertices and a fifth mass in the center, and a trapezoid with four masses at the vertices and a fifth mass at the midpoint of one of the parallel sides.

Primordial Perturbations in Einstein-Aether theories

El nostre objectiu es l'estudi d'extensions de la Relativitat General i, en particular, estem interessats en les teories que continguin camps vectorials addicionals. En aquests tipus de teories es necessari imposar que el vector ha de tenir norma fixa per evitar la presència d'un fantasma o grau de llibertat amb terme cinètic negatiu, i això implica que la simetria Lorentz està trencada espontàniament. El camp del aether només interactua gravitatòriament i la seva presència es difícil de detectar, no obstant això, durant inflació les fluctuacions del buit a escales petites d'un camp lleuger pot deixar una empremta en observables com les anisotropies del fons de radiació de microones. Les fluctuacions del Einstein-aether es comporten com els camps sense massa i això fa que inflació generi modes de longitud de ona llarga en els sectors escalar i vectorial. Hem estudiat la signatura del Einstein-aether dins l'espectre de pertorbacions primordials lluny del límit de de Sitter de inflació. Aquests modes escalars i vectorials poden deixar una empremta significativa en la radiació de fons de microones en funció dels paràmetres del model. Les observacions del fons de radiació de microones imposen restriccions fenomenològiques que redueixen els límits existents per aquesta classe de teoria. Amb aquest estudi del aether també esperem millorar el coneixement que tenim de una classe més ampla de teories que exhibeixen el mateix tipus de trencament de simetria.

Forces de Casimir i les seves aplicacions

Report for the scientific sojourn carried out at the Darmouth College, from august 2007 until february 2008. It has been very successful, from different viewpoints: scientific, philosophical, human. We have definitely advanced, during the past six months, towards the comprehension of the behaviour of the fluctuations of the quantum vacuum in the presence of boundaries, moving and non-moving, and also in situations where the topology of space-time changes: the dynamical Casimir effect, regularization problems, particle creation statistics, according to different BC, etc. We have solved some longstanding problems and got in this subject quite remarkable results (as we will explain in more detail below). We also pursued a general approach towards a viable modified f(R) gravity in both the Jordan and the Einstein frames (which are known to be mathematically equivalent, but physically not so). A class of exponential, realistic modified gravities has been introduced by us and investigated with care. Special focus was made on step-class models, most promising from the phenomenological viewpoint and which provide a natural way to classify all viable modified gravities. One- and two-steps models were considered, but the analysis is extensible to N-step models. Both inflation in the early universe and the onset of recent accelerated expansion arise in these models in a natural, unified way, what makes them very promising. Moreover, it is monstrated in our work that models in this category easily pass all local tests, including stability of spherical body solution, non-violation of Newton's law, and generation of a very heavy positive mass for the additional scalar degree of freedom.

Emissió ràdio a baixa freqüència en fenòmens eruptius i en fonts esteses de raigs gamma d'alta i molt alta energia

La tasca investigadora presentada en aquesta memòria s'ha centrat en les fonts galàctiques de raigs gamma de molt alta energia LS I +61 303, HESS J1708-410 i HESS J1858+020. La primera és una binària de raigs gamma molt estudiada, formada per una estrella massiva i un objecte compacte. S'ha proposat un escenari on l'objecte compacte seria un púlsar jove, i la interacció del seu vent amb el vent de l'estrella generaria els raigs gamma. De totes formes, no s'ha detectat polsos procedents d'aquest putatiu púlsar. L'investigador va realitzar observacions en fase a 1280 MHz amb el radiotelescopi GMRT, sense trobar-hi polsos, cosa que implica un estricte límit superior de 0,38 mJy a la densitat mitjana de flux polsat en un putatiu púlsar amb un període major que 2 mil•lisegons en el sistema binari LS I +61 303. Per altra banda, HESS J1708-410 i HESS J1858+020 són dues fonts esteses de raigs gamma de molt alta energia de les quals no es coneix cap contrapart a d'altres longituds d'ona. L'investigador les va observar amb el GMRT, quatre vegades HESS J1708-410 (dues a 610 MHz i dues a 1400 MHz) i dues vegades HESS J1858+020 (una a cada freqüència). En les imatges realitzades amb aquestes dades no hi ha emissió estesa coincident amb les regions d'emissió de raigs gamma. HESS J1858+020 se solapa parcialment amb una font estesa que podria ser un SNR. De confirmar-se la falta de contrapartida ràdio de HESS J1708-410, estaríem parlant d'un accelerador hadrònic extraordinàriament eficient, d'una classe desconeguda fins ara.

Aplicación para la situación geográfica del observador mediante posicionamiento astronómico

Proyecto en el que se realiza una aplicación informática, tanto para escritorio de Windows como para Windows Mobile, que permite la orientación y posicionamiento terrestre del usuario mediante el uso de la astronomía. Todo el proyecto se ha realizado haciendo uso de las tecnologías ofrecidas por Microsoft .NET Framework.

Search for dark matter using VHE gamma-ray telescopes

One of the unresolved questions of modern physics is the nature of Dark Matter. Strong experimental evidences suggest that the presence of this elusive component in the energy budget of the Universe is quite significant, without, however, being able to provide conclusive information about its nature. The most plausible scenario is that of weakly interacting massive particles (WIMPs), that includes a large class of non-baryonic Dark Matter candidates with a mass typically between few tens of GeV and few TeVs, and a cross section of the order of weak interactions. Search for Dark Matter particles using very high energy gamma-ray Cherenkov telescopes is based on the model that WIMPs can self-annihilate, leading to production of detectable species, like photons. These photons are very energetic, and since unreflected by the Universe's magnetic fields, they can be traced straight to the source of their creation. The downside of the approach is a great amount of background radiation, coming from the conventional astrophysical objects, that usually hides clear signals of the Dark Matter particle interactions. That is why good choice of the observational candidates is the crucial factor in search for Dark Matter. With MAGIC (Major Atmospheric Gamma-ray Imaging Cherenkov Telescopes), a two-telescope ground-based system located in La Palma, Canary Islands, we choose objects like dwarf spheroidal satellite galaxies of the Milky Way and galaxy clusters for our search. Our idea is to increase chances for WIMPs detection by pointing to objects that are relatively close, with great amount of Dark Matter and with as-little-as-possible pollution from the stars. At the moment, several observation projects are ongoing and analyses are being performed.

Integración del archivo de imágenes de un telescopio robótico al observatorio virtual

S’ha implementat un servei VO (Virtual Observatori) a les instal lacions del Telescopi TFRM, que permet distribuir les imatges preses amb el telescopi de manera remota i automàtica a qualsevol usuari del servei. El servei està format per un arxiu d’imatges, una aplicació que integra les imatges a l'arxiu y una aplicació que es comunica amb els clients d’VO, rebent peticions i responen segons s’especifica al protocol SIAP (Simple Image Access Protocol).