On the influence of non-thermal pressure on the mass determination of galaxy clusters

Aims. Given that in most cases just thermal pressure is taken into account in the hydrostatic equilibrium equation to estimate galaxy cluster mass, the main purpose of this paper is to consider the contribution of all three non-thermal components to total mass measurements. The non-thermal pressure is composed by cosmic rays, turbulence and magnetic pressures. Methods. To estimate the thermal pressure we used public XMM-Newton archival data of five Abell clusters to derive temperature and density profiles. To describe the magnetic pressure, we assume a radial distribution for the magnetic field, B(r) proportional to rho(alpha)(g). To seek generality we assume alpha within the range of 0.5 to 0.9, as indicated by observations and numerical simulations. Turbulent motions and bulk velocities add a turbulent pressure, which is considered using an estimate from numerical simulations. For this component, we assume an isotropic pressure, P(turb) = 1/3 rho(g)(sigma(2)(r) + sigma(2)(t)). We also consider the contribution of cosmic ray pressure, P(cr) proportional to r(-0.5). Thus, besides the gas (thermal) pressure, we include these three non-thermal components in the magnetohydrostatic equilibrium equation and compare the total mass estimates with the values obtained without them. Results. A consistent description for the non-thermal component could yield a variation in mass estimates that extends from 10% to similar to 30%. We verified that in the inner parts of cool core clusters the cosmic ray component is comparable to the magnetic pressure, while in non-cool core clusters the cosmic ray component is dominant. For cool core clusters the magnetic pressure is the dominant component, contributing more than 50% of the total mass variation due to non-thermal pressure components. However, for non-cool core clusters, the major influence comes from the cosmic ray pressure that accounts for more than 80% of the total mass variation due to non-thermal pressure effects. For our sample, the maximum influence of the turbulent component to the total mass variation can be almost 20%. Although all of the assumptions agree with previous works, it is important to notice that our results rely on the specific parametrization adopted in this work. We show that this analysis can be regarded as a starting point for a more detailed and refined exploration of the influence of non-thermal pressure in the intra-cluster medium (ICM).

GLOBAL WELL-POSEDNESS AND NON-LINEAR STABILITY OF PERIODIC TRAVELING WAVES FOR A SCHRODINGER-BENJAMIN-ONO SYSTEM

The objective of this paper is two-fold: firstly, we develop a local and global (in time) well-posedness theory for a system describing the motion of two fluids with different densities under capillary-gravity waves in a deep water flow (namely, a Schrodinger-Benjamin-Ono system) for low-regularity initial data in both periodic and continuous cases; secondly, a family of new periodic traveling waves for the Schrodinger-Benjamin-Ono system is given: by fixing a minimal period we obtain, via the implicit function theorem, a smooth branch of periodic solutions bifurcating a Jacobian elliptic function called dnoidal, and, moreover, we prove that all these periodic traveling waves are nonlinearly stable by perturbations with the same wavelength.

EDP - the making of a global green brand

A Work Project, presented as part of the requirements for the Award of a Masters Degree in Management from the NOVA – School of Business and Economics

Enhanced resistive switching and multilevel behavior in bilayered HfAlO/HfAlOx structures for non-volatile memory applications

In this work, hafnium aluminum oxide (HfAlO) thin films were deposited by ion beam sputtering deposition technique on Si substrate. The presence of oxygen vacancies in the HfAlOx layer deposited in oxygen deficient environment is evidenced from the photoluminescence spectra. Furthermore, HfAlO(oxygen rich)/HfAlOx(oxygen poor) bilayer structures exhibit multilevel resistive switching (RS), and the switching ratio becomes more prominent with increasing the HfAlO layer thickness. The bilayer structure with HfAlO/HfAlOx thickness of 30/40 nm displays the enhanced multilevel resistive switching characteristics, where the high resistance state/ intermediate resistance state (IRS) and IRS/low resistance state resistance ratios are 102 and 5 105 , respectively. The switching mechanisms in the bilayer structures were investigated by the temperature dependence of the three resistance states. This study revealed that the multilevel RS is attributed to the coupling of ionic conduction and the metallic conduction, being the first associated to the formation and rupture of conductive filaments related to oxygen vacancies and the second with the formation of a metallic filament. Moreover, the bilayer structures exhibit good endurance and stability in time.

Image Denoising Using Sure-Based Adaptive Thresholding In Directionlet Domain

The standard separable two dimensional wavelet transform has achieved a great success in image denoising applications due to its sparse representation of images. However it fails to capture efficiently the anisotropic geometric structures like edges and contours in images as they intersect too many wavelet basis functions and lead to a non-sparse representation. In this paper a novel de-noising scheme based on multi directional and anisotropic wavelet transform called directionlet is presented. The image denoising in wavelet domain has been extended to the directionlet domain to make the image features to concentrate on fewer coefficients so that more effective thresholding is possible. The image is first segmented and the dominant direction of each segment is identified to make a directional map. Then according to the directional map, the directionlet transform is taken along the dominant direction of the selected segment. The decomposed images with directional energy are used for scale dependent subband adaptive optimal threshold computation based on SURE risk. This threshold is then applied to the sub-bands except the LLL subband. The threshold corrected sub-bands with the unprocessed first sub-band (LLL) are given as input to the inverse directionlet algorithm for getting the de-noised image. Experimental results show that the proposed method outperforms the standard wavelet-based denoising methods in terms of numeric and visual quality

Time Discretization of the SST-generalized Navier-Stokes Equations: Positive and Negative Results

In the theory of the Navier-Stokes equations, the proofs of some basic known results, like for example the uniqueness of solutions to the stationary Navier-Stokes equations under smallness assumptions on the data or the stability of certain time discretization schemes, actually only use a small range of properties and are therefore valid in a more general context. This observation leads us to introduce the concept of SST spaces, a generalization of the functional setting for the Navier-Stokes equations. It allows us to prove (by means of counterexamples) that several uniqueness and stability conjectures that are still open in the case of the Navier-Stokes equations have a negative answer in the larger class of SST spaces, thereby showing that proof strategies used for a number of classical results are not sufficient to affirmatively answer these open questions. More precisely, in the larger class of SST spaces, non-uniqueness phenomena can be observed for the implicit Euler scheme, for two nonlinear versions of the Crank-Nicolson scheme, for the fractional step theta scheme, and for the SST-generalized stationary Navier-Stokes equations. As far as stability is concerned, a linear version of the Euler scheme, a nonlinear version of the Crank-Nicolson scheme, and the fractional step theta scheme turn out to be non-stable in the class of SST spaces. The positive results established in this thesis include the generalization of classical uniqueness and stability results to SST spaces, the uniqueness of solutions (under smallness assumptions) to two nonlinear versions of the Euler scheme, two nonlinear versions of the Crank-Nicolson scheme, and the fractional step theta scheme for general SST spaces, the second order convergence of a version of the Crank-Nicolson scheme, and a new proof of the first order convergence of the implicit Euler scheme for the Navier-Stokes equations. For each convergence result, we provide conditions on the data that guarantee the existence of nonstationary solutions satisfying the regularity assumptions needed for the corresponding convergence theorem. In the case of the Crank-Nicolson scheme, this involves a compatibility condition at the corner of the space-time cylinder, which can be satisfied via a suitable prescription of the initial acceleration.

Maximum principles for vectorial approximate minimisers on non-convex functionals

We establish Maximum Principles which apply to vectorial approximate minimizers of the general integral functional of Calculus of Variations. Our main result is a version of the Convex Hull Property. The primary advance compared to results already existing in the literature is that we have dropped the quasiconvexity assumption of the integrand in the gradient term. The lack of weak Lower semicontinuity is compensated by introducing a nonlinear convergence technique, based on the approximation of the projection onto a convex set by reflections and on the invariance of the integrand in the gradient term under the Orthogonal Group. Maximum Principles are implied for the relaxed solution in the case of non-existence of minimizers and for minimizing solutions of the Euler–Lagrange system of PDE.

SPH simulations of clumps formation by dissipative collision of molecular clouds - I. Non magnetic case

Computer experiments of interstellar cloud collisions were performed with a new smoothed-particle-hydrodynamics (SPH) code. The SPH quantities were calculated by using spatially adaptive smoothing lengths and the SPH fluid equations of motion were solved by means of a hierarchical multiple time-scale leapfrog. Such a combination of methods allows the code to deal with a large range of hydrodynamic quantities. A careful treatment of gas cooling by H, H(2), CO and H II, as well as a heating mechanism by cosmic rays and by H(2) production on grains surface, were also included in the code. The gas model reproduces approximately the typical environment of dark molecular clouds. The experiments were performed by impinging two dynamically identical spherical clouds onto each other with a relative velocity of 10 km s(-1) but with a different impact parameter for each case. Each object has an initial density profile obeying an r(-1)-law with a cutoff radius of 10 pc and with an initial temperature of 20 K. As a main result, cloud-cloud collision triggers fragmentation but in expense of a large amount of energy dissipated, which occurred in the head-on case only. Off-center collision did not allow remnants to fragment along the considered time (similar to 6 Myr). However, it dissipated a considerable amount of orbital energy. Structures as small as 0.1 pc, with densities of similar to 10(4) cm(-3), were observed in the more energetic collision.

Time-dependent non-Hermitian Hamiltonians with real energies

In this work we intend to study a class of time-dependent quantum systems with non-Hermitian Hamiltonians, particularly those whose Hermitian counterparts are important for the comprehension of posed problems in quantum optics and quantum chemistry. They consist of an oscillator with time-dependent mass and frequency under the action of a time-dependent imaginary potential. The wave functions are used to obtain the expectation value of the Hamiltonian. Although it is neither Hermitian nor PT symmetric, the Hamiltonian under study exhibits real values of energy.

The high-eccentricity asymmetric expansion of the disturbing function for non-planar resonant problems

In this paper we present an extension to the nonplanar case of the asymmetric expansion of the averaged resonant disturbing function of Ferraz-Mello & Sato (1989, A&A 225, 541-547). Comparions with the exact averaged disturbing function are also presented. The expansion gives a good approximation of the exact function in a wide region around the center of expansion.

A regularized nonlinear diffusion approach for texture image denoising

In this paper a new partial differential equation based method is presented with a view to denoising images having textures. The proposed model combines a nonlinear anisotropic diffusion filter with recent harmonic analysis techniques. A wave atom shrinkage allied to detection by gradient technique is used to guide the diffusion process so as to smooth and maintain essential image characteristics. Two forcing terms are used to maintain and improve edges, boundaries and oscillatory features of an image having irregular details and texture. Experimental results show the performance of our model for texture preserving denoising when compared to recent methods in literature. © 2009 IEEE.

A non-ideal portal frame energy harvester controlled using a pendulum

A model of energy harvester based on a simple portal frame structure is presented. The system is considered to be non-ideal system (NIS) due to interaction with the energy source, a DC motor with limited power supply and the system structure. The nonlinearities present in the piezoelectric material are considered in the piezoelectric coupling mathematical model. The system is a bi-stable Duffing oscillator presenting a chaotic behavior. Analyzing the average power variation, and bifurcation diagrams, the value of the control variable that optimizes power or average value that stabilizes the chaotic system in the periodic orbit is determined. The control sensitivity is determined to parametric errors in the damping and stiffness parameters of the portal frame. The proposed passive control technique uses a simple pendulum to tuned to the vibration of the structure to improve the energy harvesting. The results show that with the implementation of the control strategy it is possible to eliminate the need for active or semi active control, usually more complex. The control also provides a way to regulate the energy captured to a desired operating frequency. © 2013 EDP Sciences and Springer.

O Plano de Desenvolvimento da Educação (PDE/MEC) e sua efetivação por meio do Plano de Ações Articuladas (PAR) em São Miguel do Guamá (PA)

Este estudo é sobre O Plano de Desenvolvimento da Educação (PDE/MEC), lançado no segundo mandato do Governo Lula (2006-2010). A sua efetivação se deu por meio do Plano de Ações Articuladas (PAR) no município de São Miguel do Guamá (Pará). Nosso objetivo é compreender e analisar como o PDE se implanta e vem se efetivando através da Secretaria Municipal de Educação de São Miguel do Guamá enfatizando o regime de colaboração na promoção de Políticas Públicas Educacionais no município no período de 2008 a 2011. A metodologia utilizada nessa pesquisa é qualitativa para isso utilizamos a revisão bibliográfica para a sustentação da temática no trabalho empírico e de analise documental, de entrevista semiestruturada e observação não participante. O PAR se constitui enquanto ferramenta de planejamento e ações que tem como propósito melhorar a qualidade da educação, permitindo uma relação direta entre Governo Federal e Governo Municipal. Em São Miguel do Guamá, o PAR segundo os entrevistados representou um avanço considerável na qualidade da educação, pela oferta de cursos e pela disponibilização de recursos técnicos e financeiros para as escolas, ao mesmo tempo que levou a SEMED ao planejamento e aplicação do Projeto Político Pedagógico das escolas, porém, esses avanços se desenvolveram por meio de imposição do Governo Federal ao Governo Municipal, devido o seu baixo IDEB e culminou em perda de autonomia municipal e adoção de medidas involuntárias por parte da comunidade escolar.

Método primal-dual previsor-corretor de pontos interiores e exteriores com estratégias de correção de inércia e suavização hiperbólica aplicado ao problema de despacho econômico com ponto de carregamento de válvula e representação da transmissão

Pós-graduação em Engenharia Elétrica - FEB

3-D reconstruction of the human skeleton during motion

L’analisi del movimento umano ha come obiettivo la descrizione del movimento assoluto e relativo dei segmenti ossei del soggetto e, ove richiesto, dei relativi tessuti molli durante l’esecuzione di esercizi fisici. La bioingegneria mette a disposizione dell’analisi del movimento gli strumenti ed i metodi necessari per una valutazione quantitativa di efficacia, funzione e/o qualità del movimento umano, consentendo al clinico l’analisi di aspetti non individuabili con gli esami tradizionali. Tali valutazioni possono essere di ausilio all’analisi clinica di pazienti e, specialmente con riferimento a problemi ortopedici, richiedono una elevata accuratezza e precisione perché il loro uso sia valido. Il miglioramento della affidabilità dell’analisi del movimento ha quindi un impatto positivo sia sulla metodologia utilizzata, sia sulle ricadute cliniche della stessa. Per perseguire gli obiettivi scientifici descritti, è necessario effettuare una stima precisa ed accurata della posizione e orientamento nello spazio dei segmenti ossei in esame durante l’esecuzione di un qualsiasi atto motorio. Tale descrizione può essere ottenuta mediante la definizione di un modello della porzione del corpo sotto analisi e la misura di due tipi di informazione: una relativa al movimento ed una alla morfologia. L’obiettivo è quindi stimare il vettore posizione e la matrice di orientamento necessari a descrivere la collocazione nello spazio virtuale 3D di un osso utilizzando le posizioni di punti, definiti sulla superficie cutanea ottenute attraverso la stereofotogrammetria. Le traiettorie dei marker, così ottenute, vengono utilizzate per la ricostruzione della posizione e dell’orientamento istantaneo di un sistema di assi solidale con il segmento sotto esame (sistema tecnico) (Cappozzo et al. 2005). Tali traiettorie e conseguentemente i sistemi tecnici, sono affetti da due tipi di errore, uno associato allo strumento di misura e l’altro associato alla presenza di tessuti molli interposti tra osso e cute. La propagazione di quest’ultimo ai risultati finali è molto più distruttiva rispetto a quella dell’errore strumentale che è facilmente minimizzabile attraverso semplici tecniche di filtraggio (Chiari et al. 2005). In letteratura è stato evidenziato che l’errore dovuto alla deformabilità dei tessuti molli durante l’analisi del movimento umano provoca inaccuratezze tali da mettere a rischio l’utilizzabilità dei risultati. A tal proposito Andriacchi scrive: “attualmente, uno dei fattori critici che rallentano il progresso negli studi del movimento umano è la misura del movimento scheletrico partendo dai marcatori posti sulla cute” (Andriacchi et al. 2000). Relativamente alla morfologia, essa può essere acquisita, ad esempio, attraverso l’utilizzazione di tecniche per bioimmagini. Queste vengono fornite con riferimento a sistemi di assi locali in generale diversi dai sistemi tecnici. Per integrare i dati relativi al movimento con i dati morfologici occorre determinare l’operatore che consente la trasformazione tra questi due sistemi di assi (matrice di registrazione) e di conseguenza è fondamentale l’individuazione di particolari terne di riferimento, dette terne anatomiche. L’identificazione di queste terne richiede la localizzazione sul segmento osseo di particolari punti notevoli, detti repere anatomici, rispetto ad un sistema di riferimento solidale con l’osso sotto esame. Tale operazione prende il nome di calibrazione anatomica. Nella maggior parte dei laboratori di analisi del movimento viene implementata una calibrazione anatomica a “bassa risoluzione” che prevede la descrizione della morfologia dell’osso a partire dall’informazione relativa alla posizione di alcuni repere corrispondenti a prominenze ossee individuabili tramite palpazione. Attraverso la stereofotogrammetria è quindi possibile registrare la posizione di questi repere rispetto ad un sistema tecnico. Un diverso approccio di calibrazione anatomica può essere realizzato avvalendosi delle tecniche ad “alta risoluzione”, ovvero attraverso l’uso di bioimmagini. In questo caso è necessario disporre di una rappresentazione digitale dell’osso in un sistema di riferimento morfologico e localizzare i repere d’interesse attraverso palpazione in ambiente virtuale (Benedetti et al. 1994 ; Van Sint Jan et al. 2002; Van Sint Jan et al. 2003). Un simile approccio è difficilmente applicabile nella maggior parte dei laboratori di analisi del movimento, in quanto normalmente non si dispone della strumentazione necessaria per ottenere le bioimmagini; inoltre è noto che tale strumentazione in alcuni casi può essere invasiva. Per entrambe le calibrazioni anatomiche rimane da tenere in considerazione che, generalmente, i repere anatomici sono dei punti definiti arbitrariamente all’interno di un’area più vasta e irregolare che i manuali di anatomia definiscono essere il repere anatomico. L’identificazione dei repere attraverso una loro descrizione verbale è quindi povera in precisione e la difficoltà nella loro identificazione tramite palpazione manuale, a causa della presenza dei tessuti molli interposti, genera errori sia in precisione che in accuratezza. Tali errori si propagano alla stima della cinematica e della dinamica articolare (Ramakrishnan et al. 1991; Della Croce et al. 1999). Della Croce (Della Croce et al. 1999) ha inoltre evidenziato che gli errori che influenzano la collocazione nello spazio delle terne anatomiche non dipendono soltanto dalla precisione con cui vengono identificati i repere anatomici, ma anche dalle regole che si utilizzano per definire le terne. E’ infine necessario evidenziare che la palpazione manuale richiede tempo e può essere effettuata esclusivamente da personale altamente specializzato, risultando quindi molto onerosa (Simon 2004). La presente tesi prende lo spunto dai problemi sopra elencati e ha come obiettivo quello di migliorare la qualità delle informazioni necessarie alla ricostruzione della cinematica 3D dei segmenti ossei in esame affrontando i problemi posti dall’artefatto di tessuto molle e le limitazioni intrinseche nelle attuali procedure di calibrazione anatomica. I problemi sono stati affrontati sia mediante procedure di elaborazione dei dati, sia apportando modifiche ai protocolli sperimentali che consentano di conseguire tale obiettivo. Per quanto riguarda l’artefatto da tessuto molle, si è affrontato l’obiettivo di sviluppare un metodo di stima che fosse specifico per il soggetto e per l’atto motorio in esame e, conseguentemente, di elaborare un metodo che ne consentisse la minimizzazione. Il metodo di stima è non invasivo, non impone restrizione al movimento dei tessuti molli, utilizza la sola misura stereofotogrammetrica ed è basato sul principio della media correlata. Le prestazioni del metodo sono state valutate su dati ottenuti mediante una misura 3D stereofotogrammetrica e fluoroscopica sincrona (Stagni et al. 2005), (Stagni et al. 2005). La coerenza dei risultati raggiunti attraverso i due differenti metodi permette di considerare ragionevoli le stime dell’artefatto ottenute con il nuovo metodo. Tale metodo fornisce informazioni sull’artefatto di pelle in differenti porzioni della coscia del soggetto e durante diversi compiti motori, può quindi essere utilizzato come base per un piazzamento ottimo dei marcatori. Lo si è quindi utilizzato come punto di partenza per elaborare un metodo di compensazione dell’errore dovuto all’artefatto di pelle che lo modella come combinazione lineare degli angoli articolari di anca e ginocchio. Il metodo di compensazione è stato validato attraverso una procedura di simulazione sviluppata ad-hoc. Relativamente alla calibrazione anatomica si è ritenuto prioritario affrontare il problema associato all’identificazione dei repere anatomici perseguendo i seguenti obiettivi: 1. migliorare la precisione nell’identificazione dei repere e, di conseguenza, la ripetibilità dell’identificazione delle terne anatomiche e della cinematica articolare, 2. diminuire il tempo richiesto, 3. permettere che la procedura di identificazione possa essere eseguita anche da personale non specializzato. Il perseguimento di tali obiettivi ha portato alla implementazione dei seguenti metodi: • Inizialmente è stata sviluppata una procedura di palpazione virtuale automatica. Dato un osso digitale, la procedura identifica automaticamente i punti di repere più significativi, nella maniera più precisa possibile e senza l'ausilio di un operatore esperto, sulla base delle informazioni ricavabili da un osso digitale di riferimento (template), preliminarmente palpato manualmente. • E’ stato poi condotto uno studio volto ad indagare i fattori metodologici che influenzano le prestazioni del metodo funzionale nell’individuazione del centro articolare d’anca, come prerequisito fondamentale per migliorare la procedura di calibrazione anatomica. A tale scopo sono stati confrontati diversi algoritmi, diversi cluster di marcatori ed è stata valutata la prestazione del metodo in presenza di compensazione dell’artefatto di pelle. • E’stato infine proposto un metodo alternativo di calibrazione anatomica basato sull’individuazione di un insieme di punti non etichettati, giacenti sulla superficie dell’osso e ricostruiti rispetto ad un TF (UP-CAST). A partire dalla posizione di questi punti, misurati su pelvi coscia e gamba, la morfologia del relativo segmento osseo è stata stimata senza identificare i repere, bensì effettuando un’operazione di matching dei punti misurati con un modello digitale dell’osso in esame. La procedura di individuazione dei punti è stata eseguita da personale non specializzato nell’individuazione dei repere anatomici. Ai soggetti in esame è stato richiesto di effettuare dei cicli di cammino in modo tale da poter indagare gli effetti della nuova procedura di calibrazione anatomica sulla determinazione della cinematica articolare. I risultati ottenuti hanno mostrato, per quel che riguarda la identificazione dei repere, che il metodo proposto migliora sia la precisione inter- che intraoperatore, rispetto alla palpazione convenzionale (Della Croce et al. 1999). E’ stato inoltre riscontrato un notevole miglioramento, rispetto ad altri protocolli (Charlton et al. 2004; Schwartz et al. 2004), nella ripetibilità della cinematica 3D di anca e ginocchio. Bisogna inoltre evidenziare che il protocollo è stato applicato da operatori non specializzati nell’identificazione dei repere anatomici. Grazie a questo miglioramento, la presenza di diversi operatori nel laboratorio non genera una riduzione di ripetibilità. Infine, il tempo richiesto per la procedura è drasticamente diminuito. Per una analisi che include la pelvi e i due arti inferiori, ad esempio, l’identificazione dei 16 repere caratteristici usando la calibrazione convenzionale richiede circa 15 minuti, mentre col nuovo metodo tra i 5 e i 10 minuti.