Viscosity-induced mode splitting and potential energy criterion for mode stability

This paper points out that viscosity can induce mode splitting in a uniform infinite cylinder of an incompressible fluid with self-gravitation, and that the potential energy criterion cannot be appropriate to all normal modes obtained, i.e., there will be stable modes with negative potential energy (<0). Therefore the condition >0 is not necessary, although sufficient, for the stability of a mode in an incompressible static fluid or magnetohydrodynamics (MHD) system, which is a correction of both Hare's [Philos. Mag. 8, 1305 (1959)] and Chandrasekhar's [Hydrodynamic and Hydromagnetic Stability (Oxford U.P., Oxford, 1961), p. 604] stability criterion for a mode. These results can also be extended to compressible systems with a polytropic exponent.

Short-range-order effects on intrinsic plasticity of metallic glasses

Through a systematical analysis of the elastic moduli for 137 metallic glasses (MGs) and 56 polycrystalline metals, we use a simple model developed by Knuyt et al. [J. Phys. F: Met. Phys. 16 (1986) p.1989; Phil. Mag. B 64 (1991) p.299] based on a Gaussian distribution for the first-neighbor distance to reveal the short-range-order (SRO) structural conditions for plasticity of MGs. It is found that the SRO structure with dense atomic packing, large packing dispersion and a significant anharmonicity of atomic interaction within an MG is favorable for its global plasticity. Although these conditions seem paradoxical, their perfect matching is believed to be a key for designing large plastic bulk MGs not only in compression but also in tension.

Did galaxies reionize the universe?

The epoch of reionization remains one of the last uncharted eras of cosmic history, yet this time is of crucial importance, encompassing the formation of both the first galaxies and the first metals in the universe. In this thesis, I present four related projects that both characterize the abundance and properties of these first galaxies and uses follow-up observations of these galaxies to achieve one of the first observations of the neutral fraction of the intergalactic medium during the heart of the reionization era.

First, we present the results of a spectroscopic survey using the Keck telescopes targeting 6.3 < z < 8.8 star-forming galaxies. We secured observations of 19 candidates, initially selected by applying the Lyman break technique to infrared imaging data from the Wide Field Camera 3 (WFC3) onboard the Hubble Space Telescope (HST). This survey builds upon earlier work from Stark et al. (2010, 2011), which showed that star-forming galaxies at 3 < z < 6, when the universe was highly ionized, displayed a significant increase in strong Lyman alpha emission with redshift. Our work uses the LRIS and NIRSPEC instruments to search for Lyman alpha emission in candidates at a greater redshift in the observed near-infrared, in order to discern if this evolution continues, or is quenched by an increase in the neutral fraction of the intergalactic medium. Our spectroscopic observations typically reach a 5-sigma limiting sensitivity of < 50 AA. Despite expecting to detect Lyman alpha at 5-sigma in 7-8 galaxies based on our Monte Carlo simulations, we only achieve secure detections in two of 19 sources. Combining these results with a similar sample of 7 galaxies from Fontana et al. (2010), we determine that these few detections would only occur in < 1% of simulations if the intrinsic distribution was the same as that at z ~ 6. We consider other explanations for this decline, but find the most convincing explanation to be an increase in the neutral fraction of the intergalactic medium. Using theoretical models, we infer a neutral fraction of X_HI ~ 0.44 at z = 7.

Second, we characterize the abundance of star-forming galaxies at z > 6.5 again using WFC3 onboard the HST. This project conducted a detailed search for candidates both in the Hubble Ultra Deep Field as well as a number of additional wider Hubble Space Telescope surveys to construct luminosity functions at both z ~ 7 and 8, reaching 0.65 and 0.25 mag fainter than any previous surveys, respectively. With this increased depth, we achieve some of the most robust constraints on the Schechter function faint end slopes at these redshifts, finding very steep values of alpha_{z~7} = -1.87 +/- 0.18 and alpha_{z~8} = -1.94 +/- 0.23. We discuss these results in the context of cosmic reionization, and show that given reasonable assumptions about the ionizing spectra and escape fraction of ionizing photons, only half the photons needed to maintain reionization are provided by currently observable galaxies at z ~ 7-8. We show that an extension of the luminosity function down to M_{UV} = -13.0, coupled with a low level of star-formation out to higher redshift, can fit all available constraints on the ionization history of the universe.

Third, we investigate the strength of nebular emission in 3 < z < 5 star-forming galaxies. We begin by using the Infrared Array Camera (IRAC) onboard the Spitzer Space Telescope to investigate the strength of H alpha emission in a sample of 3.8 < z < 5.0 spectroscopically confirmed galaxies. We then conduct near-infrared observations of star-forming galaxies at 3 < z < 3.8 to investigate the strength of the [OIII] 4959/5007 and H beta emission lines from the ground using MOSFIRE. In both cases, we uncover near-ubiquitous strong nebular emission, and find excellent agreement between the fluxes derived using the separate methods. For a subset of 9 objects in our MOSFIRE sample that have secure Spitzer IRAC detections, we compare the emission line flux derived from the excess in the K_s band photometry to that derived from direct spectroscopy and find 7 to agree within a factor of 1.6, with only one catastrophic outlier. Finally, for a different subset for which we also have DEIMOS rest-UV spectroscopy, we compare the relative velocities of Lyman alpha and the rest-optical nebular lines which should trace the cites of star-formation. We find a median velocity offset of only v_{Ly alpha} = 149 km/s, significantly less than the 400 km/s observed for star-forming galaxies with weaker Lyman alpha emission at z = 2-3 (Steidel et al. 2010), and show that this decrease can be explained by a decrease in the neutral hydrogen column density covering the galaxy. We discuss how this will imply a lower neutral fraction for a given observed extinction of Lyman alpha when its visibility is used to probe the ionization state of the intergalactic medium.

Finally, we utilize the recent CANDELS wide-field, infra-red photometry over the GOODS-N and S fields to re-analyze the use of Lyman alpha emission to evaluate the neutrality of the intergalactic medium. With this new data, we derive accurate ultraviolet spectral slopes for a sample of 468 3 < z < 6 star-forming galaxies, already observed in the rest-UV with the Keck spectroscopic survey (Stark et al. 2010). We use a Bayesian fitting method which accurately accounts for contamination and obscuration by skylines to derive a relationship between the UV-slope of a galaxy and its intrinsic Lyman alpha equivalent width probability distribution. We then apply this data to spectroscopic surveys during the reionization era, including our own, to accurately interpret the drop in observed Lyman alpha emission. From our most recent such MOSFIRE survey, we also present evidence for the most distant galaxy confirmed through emission line spectroscopy at z = 7.62, as well as a first detection of the CIII]1907/1909 doublet at z > 7.

We conclude the thesis by exploring future prospects and summarizing the results of Robertson et al. (2013). This work synthesizes many of the measurements in this thesis, along with external constraints, to create a model of reionization that fits nearly all available constraints.

Segmentação e classificação de imagens destinadas ao mapeamento digital do Parque Nacional da Serra dos Órgãos (PARNASO)

Na perspectiva ambiental, o Parque Nacional da Serra dos Órgãos (PARNASO) é o Parque Nacional mais pesquisado no Brasil e configura-se como uma importante Unidade de Conservação inserida no estado do Rio de Janeiro, devido à sua importância ambiental para o estado. Localizado em quatro municípios da região serrana: Teresópolis, Petrópolis, Magé e Guapimirim foi constatado que essa área tem passado por alguns problemas, relativamente recentes, de ocupação desordenada devido à expansão urbana em sua vizinhança caracterizada por pressão antrópica. Através do processamento de imagens digitais, mais especificamente as etapas de segmentação e classificação, foi possível ilustrar o processo de ocupação humana por meio de documentos cartográficos. Além de estes processos possibilitarem a geração de mapas de uso da Terra e cobertura vegetal, com o intuito de auxiliar e dar fomento à execução de atividades, o mapeamento digital configura-se numa importante ferramenta para a análise ambiental, contribuindo para o posterior zoneamento da área de estudo. Adotaram-se classes temáticas de uso e ocupação da Terra com o propósito de permitir a classificação das imagens digitais trabalhadas. São elas: afloramento rochoso, área urbana, agricultura e vegetação. Estudos foram feitos no sentido de indicar e explorar as funcionalidades das ferramentas SPRING e DEFINIENS e resultados foram comparados a partir do uso de imagens LANDSAT, CBERS, SPOT e IKONOS chegando-se a resultados de que no sistema SPRING, os melhores parâmetros a serem escolhidos foram similaridade 10 e área 400. Já para o sistema DEFINIENS, constatou-se que o processo de segmentação multinível permitiu o alcance de resultados mais rápidos, do ponto de vista computacional, do que o processo de segmentação único utilizado normalmente entre os sistemas de processamento de imagens digitais como o SPRING. Já sob a ótica do processo de classificação de imagens, a pesquisa constituiu em avaliar este mecanismo por meio de dois indicadores: o de exatidão/acurácia e o índice Kappa. Neste sentido, observaram-se tendências de melhores resultados no sistema SPRING.

Ritualizando o enterro e o luto evangélico: compartilhamento e incomunicabilidade na experiência da finitude humana

Esta tese tem como objetivo analisar as formas a partir das quais os evangélicos vivenciam a morte. Tendo em vista uma revisão da bibliografia, a autora aponta para o fato de que a ortodoxia pentecostal apresenta a morte como um evento irreversível diante do qual não existem possibilidades de negociação com o sagrado em favor dos que partiram nem mecanismos de interação entre vivos e mortos. Esse modelo contrasta com o que foi convencionalizado pela tradição católica e que é reconhecido como sendo indicativo da riqueza dos ritos de morte no Brasil. Nesta tese, a autora desenvolve um trabalho etnográfico no distrito da Praia de Mauá, em Magé, no Rio de Janeiro, procurando compreender como os evangélicos experimentam o enlutamento e o ritualizam para além do que rege a sua ortodoxia. Ao observar os contextos da cidade, do cemitério, das igrejas e das casas dos evangélicos durante processos de enterro e luto, a autora argumenta que o enfrentamento da morte e a avaliação do destino dos mortos levam em consideração negociações que têm como referência a cosmologia do catolicismo, que é re-interpretada a partir de diversos termos, tais como os modelos de pessoa socialmente aceitos e a possibilidade de conforto emocional dos enlutados. Neste sentido, na relação entre as religiões, a tese coloca em destaque antes dinâmicas de encapsulamento e compartilhamento do que de colapso e contraste.

Vulnerabilidade socioambiental dos pescadores e catadores de caranguejo da Baía de Guanabara: o trabalho e a saúde em um contexto de injustiça ambiental

O estudo tem como objetivo compreender as alterações socioambientais e econômicas que exercem grande pressão no ecossistema e que atuam diretamente na vida, trabalho e saúde dos pescadores artesanais e dessa forma promover a discussão sobre a possibilidade do fim dessa atividade artesanal na Baía de Guanabara em um contexto de vulnerabilidade e injustiça ambiental. A atividade pesqueira artesanal desenvolvida durante décadas está ameaçada de acabar principalmente por conta da degradação do ambiente e consequentemente da diminuição progressiva da pesca. Essa situação tem conseqüências sociais, econômicas e ambientais, pois são diferentes comunidades instaladas no entorno da baía que ainda sobrevivem da atividade pesqueira. O estudo tem caráter exploratório e descritivo com metodologia quanti-qualitativa, utilizando entrevistas semiestruturadas em diferentes comunidades pesqueiras da Baía de Guanabara. Foram selecionados três municípios (São Gonçalo, Itaboraí e Magé) entrevistando 100 pescadores e catadores de caranguejo que responderam a questões sobre o trabalho, a vida e a saúde. Como resultados foi possível construir indicadores socioambientais que apontam para a extrema vulnerabilidade das comunidades pesqueiras da região. É necessário que espaços de discussão sejam fortalecidos com a mobilização e atuação das comunidades pesqueiras, para busca da revitalização da baía e uma melhor qualidade de vida da população

Os homens do século XXI no cuidado dos filhos: um papel social em aberto

No século XXI podemos caracterizar as relações por sua complexidade, o que se expressa em diferentes aspectos, como nas relações familiares, sociais, valores, crenças. Sendo assim, fatores como gênero, transgeracionalidade e a coexistência de antigos padrões e novas demandas relacionais, compõem a construção dos papéis contemporâneos. E dentre um dos mais importantes papéis desempenhados pelo homem, podemos citar o de pai, com isto. Dessa forma, com base nas necessidades e na carência de literatura sobre o papel atribuído a este novo pai, o presente trabalho pretendeu investigar os aspectos semelhantes e diferentes nas crenças de homens e mulheres de gerações distintas. Participaram desta pesquisa 100 pessoas residentes na cidade de Magé (estado do Rio de Janeiro), divididas em quatro grupos (25 por contexto: gênero e idade, grupos de 25 a 35 anos e 55 a 65 anos). O estudo incluiu questionário sociodemográfico, questionário sobre Função Paterna, aplicação da Escala sobre Crenças e Práticas Paterna (ECPP) e Escala sobre Crenças e Práticas Paterna Pretéritas (ECPP-P). Os resultados mostraram concordâncias e divergências, tanto entre os gêneros quanto entre as gerações, mas acreditamos que discussões como estas propiciam novos entendimentos acerca das práticas parentais paterna.

Uma proposta metodológica de integração de técnicas de análise espectral e de inteligência computacional, baseadas em conhecimento, para o reconhecimento de padrões em imagens multiespectrais

Somente no ano de 2011 foram adquiridos mais de 1.000TB de novos registros digitais de imagem advindos de Sensoriamento Remoto orbital. Tal gama de registros, que possui uma progressão geométrica crescente, é adicionada, anualmente, a incrível e extraordinária massa de dados de imagens orbitais já existentes da superfície da Terra (adquiridos desde a década de 70 do século passado). Esta quantidade maciça de registros, onde a grande maioria sequer foi processada, requer ferramentas computacionais que permitam o reconhecimento automático de padrões de imagem desejados, de modo a permitir a extração dos objetos geográficos e de alvos de interesse, de forma mais rápida e concisa. A proposta de tal reconhecimento ser realizado automaticamente por meio da integração de técnicas de Análise Espectral e de Inteligência Computacional com base no Conhecimento adquirido por especialista em imagem foi implementada na forma de um integrador com base nas técnicas de Redes Neurais Computacionais (ou Artificiais) (através do Mapa de Características Auto- Organizáveis de Kohonen SOFM) e de Lógica Difusa ou Fuzzy (através de Mamdani). Estas foram aplicadas às assinaturas espectrais de cada padrão de interesse, formadas pelos níveis de quantização ou níveis de cinza do respectivo padrão em cada uma das bandas espectrais, de forma que a classificação dos padrões irá depender, de forma indissociável, da correlação das assinaturas espectrais nas seis bandas do sensor, tal qual o trabalho dos especialistas em imagens. Foram utilizadas as bandas 1 a 5 e 7 do satélite LANDSAT-5 para a determinação de cinco classes/alvos de interesse da cobertura e ocupação terrestre em três recortes da área-teste, situados no Estado do Rio de Janeiro (Guaratiba, Mangaratiba e Magé) nesta integração, com confrontação dos resultados obtidos com aqueles derivados da interpretação da especialista em imagens, a qual foi corroborada através de verificação da verdade terrestre. Houve também a comparação dos resultados obtidos no integrador com dois sistemas computacionais comerciais (IDRISI Taiga e ENVI 4.8), no que tange a qualidade da classificação (índice Kappa) e tempo de resposta. O integrador, com classificações híbridas (supervisionadas e não supervisionadas) em sua implementação, provou ser eficaz no reconhecimento automático (não supervisionado) de padrões multiespectrais e no aprendizado destes padrões, pois para cada uma das entradas dos recortes da área-teste, menor foi o aprendizado necessário para sua classificação alcançar um acerto médio final de 87%, frente às classificações da especialista em imagem. A sua eficácia também foi comprovada frente aos sistemas computacionais testados, com índice Kappa médio de 0,86.

Conservação in vitro de germoplasma de Petiveria alliacea L. utilizando cultura de tecidos e criopreservação

A implementação de estratégias visando à conservação de espécies medicinais apresenta grande importância, tanto do ponto de vista ecológico quanto econômico. Petiveria alliacea L., espécie da família Phytolacaceae, conhecida como guiné, erva-de alho, erva-tipi ou amansa-senhor, pode ser encontrada desde a América Central até a América do Sul. Esta espécie possui ampla utilização medicinal, devido à presença, em sua composição, de vários polissulfetos, como o DTS (dibenziltrissulfeto), com propriedades antifúngica, antineoplásica e imunomodulatória, entre outras. O objetivo deste trabalho foi a conservação in vitro de germoplasma de Petiveria alliacea obtido de diferentes populações ocorrentes no Rio de Janeiro, através de métodos baseados em cultura de tecidos e criopreservação. Plantas obtidas através da germinação in vitro foram utilizadas como matrizes para a micropropagação através da multiplicação de meristemas pré-existentes em meio MS sem reguladores de crescimento, e embriões somáticos foram obtidos de forma direta a partir da cultura de explantes foliares das linhagens estudadas (Magé MG; Marechal Hermes MH; Niterói NT; Vila Isabel VI e Planta envasada AL), em presença de PIC (20μM) e 2,4D (22,6 μM), após 60 dias de cultivo. Os ápices caulinares das plantas micropropagadas e os embriões somáticos obtidos foram submetidos à criopreservação através de técnicas de vitrificação, encapsulamento-vitrificação e encapsulamento-desidratação, com a avaliação da pré-cultura e de soluções crioprotetoras (PVS2 e PVS3), em diferentes concentrações e tempos de exposição. Os resultados mostraram uma taxa de 100% de germinação in vitro. As condições para a pré-cultura de ápices foram padronizadas, entretanto não foram obtidos resultados positivos após o descongelamento. Por outro lado, os embriões da linhagem AL (linhagem embriogênica em cultura há 24 meses) mantiveram sua capacidade multiplicativa (100%) (embriogênese secundária) quando submetidos à desidratação em sacarose (0,5M) e expostos às soluções de vitrificação PVS2 e PVS3 pelos menores tempos (15 e 30 minutos). Os diferentes meios de recuperação apresentaram respostas variáveis em relação à capacidade multiplicativa dos embriões. O encapsulamento/vitrificação foi a técnica que promoveu maior tolerância dos embriões ao congelamento. A recuperação dos embriões através de multiplicação após a criopreservação abre uma perspectiva de conservação de genótipos com alta produção de polissulfetos, de interesse para a indústria farmacêutica