Classificazione spettrale delle stelle

In questo elaborato che conclude il Corso di Laurea in Astronomia vengono presentate le classificazioni spettrali di Harvard e di Yerkes, osservando anche i motivi per cui storicamente assumono il loro aspetto. Vengono poi analizzati i processi fisici che danno forma agli spettri permettendo di caratterizzarli gli uni dagli altri. In conclusione vengono osservate le tecniche osservative necessarie all'analisi dei dati.

Classificazione spettrale delle stelle

Da sempre l'uomo ha osservato le stelle e il primo a intuire che lo studio degli spettri avrebbe permesso la comprensione della fisica e della chimica delle stelle fu il padre gesuita Secchi. Uno spettro contiene informazioni sui vari processi atmosferici stellari, dove la profondità e la forma di una riga permettono di raccogliere dati sulle condizioni fisiche del gas nelle regioni in cui essa si è formata. La classificazione spettrale è iniziata con il padre gesuita Secchi, che divise le stelle in quattro categorie. In seguito fu sostituita dalla classificazione di Harvard, composta da sette classi, O, B, A, F, G, K, M, caratterizzate da diversi range di temperature. Per risolvere il problema delle diverse luminosità all'interno della stessa classe, Yerkes creó u a nuova classificazione, data da un sistema bidimensionale che oltre a considerare la temperatura tiene conto della luminosità, che influisce molto nella struttura dello spettro. Si sono presi in considerazione anche gli spettri peculiari, cioè che presentano delle anomalie, come un'insolita abbondanza di metalli. Nell'ultimo capitolo viene trattato il diagramma H-R come applicazione delle classificazioni spettrali, accennando come il punto di turn-off del diagramma permetta di calcolare l'età di un ammasso stellare.

Classificazione spettrale delle stelle

Partendo da un'introduzione storica, verrà presentato un approfondimento nel dettaglio della classificazione di Harvard, per poi vedere come essa sia connessa ad uno dei diagrammi più importanti per l'astrofisica stellare, il diagramma H-R. Seguirà poi una presentazione della classificazione di Yerkes e una trattazione sul concetto di tempratura stellare. Infine verrà presentata una ricerca sulla possibile abitabilità planetaria nei sistemi solari in base alla classe stellare.

Étude critique de la densité électronique et des températures (excitation et ionisation) d'un plasma d'aluminium induit par laser

La caractérisation de matériaux par spectroscopie optique d’émission d’un plasma induit par laser (LIPS) suscite un intérêt qui ne va que s’amplifiant, et dont les applications se multiplient. L’objectif de ce mémoire est de vérifier l’influence du choix des raies spectrales sur certaines mesures du plasma, soit la densité électronique et la température d’excitation des atomes neutres et ionisés une fois, ainsi que la température d’ionisation. Nos mesures sont intégrées spatialement et résolues temporellement, ce qui est typique des conditions opératoires du LIPS, et nous avons utilisé pour nos travaux des cibles binaires d’aluminium contenant des éléments à l’état de trace (Al-Fe et Al-Mg). Premièrement, nous avons mesuré la densité électronique à l’aide de l’élargissement Stark de raies de plusieurs espèces (Al II, Fe II, Mg II, Fe I, Mg I, Halpha). Nous avons observé que les densités absolues avaient un comportement temporel différent en fonction de l’espèce. Les raies ioniques donnent des densités électroniques systématiquement plus élevées (jusqu’à 50 % à 200 ns après l’allumage du plasma), et décroissent plus rapidement que les densités issues des raies neutres. Par ailleurs, les densités obtenues par les éléments traces Fe et Mg sont moindres que les densités obtenues par l’observation de la raie communément utilisée Al II à 281,618 nm. Nous avons parallèlement étudié la densité électronique déterminée à l’aide de la raie de l’hydrogène Halpha, et la densité électronique ainsi obtenue a un comportement temporel similaire à celle obtenue par la raie Al II à 281,618 nm. Les deux espèces partagent probablement la même distribution spatiale à l’intérieur du plasma. Finalement, nous avons mesuré la température d’excitation du fer (neutre et ionisé, à l’état de trace dans nos cibles), ainsi que la température d’ionisation, à l’aide de diagrammes de Boltzmann et de Saha-Boltzmann, respectivement. À l’instar de travaux antérieurs (Barthélémy et al., 2005), il nous est apparu que les différentes températures convergeaient vers une température unique (considérant nos incertitudes) après 2-3 microsecondes. Les différentes températures mesurées de 0 à 2 microsecondes ne se recoupent pas, ce qui pourrait s’expliquer soit par un écart à l’équilibre thermodynamique local, soit en considérant un plasma inhomogène où la distribution des éléments dans la plume n’est pas similaire d’un élément à l’autre, les espèces énergétiques se retrouvant au cœur du plasma, plus chaud, alors que les espèces de moindre énergie se retrouvant principalement en périphérie.

Modelización de las propiedades radiativas e interacción de láseres ultraintensos con la materia

Desde el año 2004 el código ARWEN ha sido utilizado con éxito para simular y diseñar experimentos relacionados con blancos para fusión por confinamiento inercial [146], astrofísica de laboratorio [145], plasmas como amplificadores de láseres de rayos X [107] o plasmas creados por láser para la medición de espectros de transmisión. Para la realización de estas simulaciones es necesario, además de métodos de alto orden precisos y que presenten buenas propiedades conservativas, conocer ciertas propiedades de los plasmas. En el caso de la fluidodinámica y la conducción electrónica necesitaremos conocer la ecuación de estado [94, 49, 36], y para el transporte de la radiación será preciso disponer de los datos de absorción y emisión [104, 95, 40]. Hasta el año 2009 ARWEN dependía de códigos externos para la generación de estas tablas de opacidad, careciendo de control sobre los métodos empleados para su generación. Además estos códigos asumían equilibrio local termodinámico (LTE), limitando su validez a rangos de alta densidad y baja temperatura. En el marco de esta tesis se ha desarrollado el código BIGBART para la generación de tablas detalladas de opacidad y emisividad para su uso en el módulo de transporte de radiación. De esta forma el grupo dispondrá de su propia herramienta de generación de propiedades radiativas. El código desarrollado es capaz de tratar plasmas en estado fuera de equilibrio (non-LTE) mediante el modelo colisional-radiativo, extendiendo así el rango de validez de las tablas generadas. El trabajo desarrollado para implementar un código LTE/non-LTE estacionario es el siguiente Cálculo de estructura y datos atómicos. Se ha acoplado en código FAC a BIGBART, incorporando la capacidad para generar potenciales atómicos para una configuración y el cálculo de funciones de onda de electrones en orbitales ligados y libres. Aproximaciones y métodos para la obtención de tasas y secciones eficaces de procesos. Se han incluido y programado los modelos implementados en FAC para el cálculo de secciones eficaces de fotoionización, y tasas de decaimiento de emisión espontánea y autoionización. Además se ha incluido el modelo Plane-Wave Born (PWBA) para el cálculo de las secciones eficaces de ionización y excitación colisional. Modelos para la obtención de la distribución de estados iónicos dentro del plasma. Se ha programado un solver LTE basado en la ecuación de Saha-Boltzmann con efectos de ionización por presión debida a los iones adyacentes. También se ha implementado un modelo non-LTE colisionalradiativo para la resolución del sistema de ecuaciones que nos permite obtener la densidad de estados iónicos fuera de equilibrio. Modelo non-LTE RADIOM. Se ha implementado el modelo RADIOM para aproximar efectos de no-equilibrio mediante cálculos LTE a una temperatura equivalente, menor o igual que la temperatura electrónica real. Cálculo de las propiedades espectrales de absorción y emisión. Se han implementado los modelos para el cálculo de los perfiles espectrales de absorción y emisión para procesos entre niveles ligados, ligado-libre y librelibre. Aprovechando el trabajo realizado en este sentido, durante el transcurso de esta tesis se amplió el código BIGBART para tratar problemas con dependencia temporal. La extensión para tratar este tipo de problemas se orientó a la simulación numérica de la interacción de láseres ultra intensos en el rango XUV/rayos X. Para ello, además de adaptar el modelo non-LTE colisionalradiativo se incluyeron procesos adicionales asociados a la interacción de la materia con fotones altamente energéticos. También se han incluido modelos para el cálculo de las propiedades ópticas, y por ende las propiedades dieléctricas de la materia irradiada, de gran interés en algunas aplicaciones novedosas de estos láseres intensos. Debido a la naturaleza fuertemente fuera de equilibrio en la interacción de fotones de alta energía con la materia, se incluyó el tratamiento de la distribución de electrones libres fuera de equilibrio en la aproximación de Fokker-Planck, tanto para condiciones degeneradas como no degeneradas. El trabajo desarrollado en el código non-LTE con dependencia temporal es el siguiente Procesos asociados a láseres intensos XUV/rayos X. Se ha implementado el cálculo de procesos radiativos estimulados de absorción y emisión por el láser. También se han incluido procesos asociados a la creación de vacantes en capas internas electrónicas (Shake), además de doble autoionización y doble fotoionización. Cálculo de propiedades ópticas y dieléctricas en blancos sólidos. Se ha implementado un modelo para la absorción por bremsstrahlung inverso en blancos en estado sólido. Con el coeficiente de extinción debido a procesos de fotoabsorción resonante, fotoionización y bremsstrahlung inverso se obtiene el ´ındice de refracción mediante la relación de Kronig-Kramers. Electrones fuera de equilibrio. Se ha tratado la evolución de la distribución de electrones, cuando no está justificado asumir que es Maxwelliana o de Fermi-Dirac, mediante la aproximación de Fokker-Planck para la colisión entre electrones libres. En la resolución de la ecuación de Fokker-Planck se han incluido los procesos inelásticos por colisiones con iones y términos fuente por interacción con el láser y otros procesos. ABSTRACT Since 2004 the ARWEN code has been successfully used to simulate and design targets for inertial confinement fusion experiments [146], laboratory astrophysics [145], plasmas as X-ray lasers amplifiers [107] or laser created plasmas for measuring transmission spectra. To perform these simulations it is necessary, in addition to high order precise methods with good conservative properties, to know certain properties of plasmas. For fluid dynamic and electronic conduction we need to know the equation of state [94, 49, 36], and for radiation transport it will be necessary to have the data of the absorption and emission [104, 95, 40]. Until 2009 ARWEN depended on external codes to generate these opacity tables, lacking of control over the methods used for their generation. Besides, these codes assumed local thermodynamic equilibrium (LTE), limiting their validity ranges to high densities and low temperatures. As part of this thesis it has been developed the BIGBART code for generating detailed opacity and emissivity tables for use in the radiation transport module. This group will have its own tool for the generation of radiative properties. The developed code is capable of treating plasmas out of equilibrium (non-LTE) by means of a collisional-radiative model, extending the range of validity of the generated tables. The work to implement an LTE/non-LTE steady-state code is as follows Calculation of structure and atomic data. the FAC code was coupled to BIGBART, incorporating the ability to generate atomic potentials for calculating configuration wave functions for bound and free electrons. Approaches and methods for obtaining cross sections and processes rates. We have included and reprogrammed in Fortran the models implemented in FAC for calculation of photoionization cross sections and decay rates of spontaneous emission and autoionization. We also included the Plane- Wave Born (PWBA) model to calculate the cross sections of ionization and collisional excitation. Models for the obtention of the distribution of ionic states within the plasma. We programmed a LTE solver based on the Saha-Boltzmann equation with pressure ionization effects due to adjacent ions. It has also been implemented a non-LTE collisional-radiative model for solving the system of equations that allows us to obtain the density of ionic states out of equilibrium. Non-LTE RADIOM model. We have implemented the non-LTE RADIOM model to approximate non-equilibrium effects with LTE data at an equivalent temperature, lower or equal to the actual electronic temperature. Calculation of the spectral absorption and emission properties. Models have been implemented for the calculation of the spectral profiles of absorption and emission processes between bound levels, free-bound and free-free. Taking advantage of the work done in this direction throughout the course of this thesis the code BIGBART was extended to treat time-dependent problems. The extension to treat such problems is oriented to the numerical simulation of the interaction of ultra intense lasers in the XUV/X-ray range. For this range, in addition to adapting the non-LTE collisional-radiative model, additional processes associated with the interaction of matter with high energy photons. We also included models for calculation of the optical properties, and therefore the dielectric properties of the irradiated material, of great interest in some novel applications of these intense lasers. Due to the strong non-equilibrium nature of the interaction of high energy photons with matter, we included the treatment of the distribution of free electrons out of equilibrium in the Fokker-Planck approximation for both degenerate and non-degenerate conditions. The work in the non-LTE time-dependent code is as follows Processes associated with intense XUV/X-ray lasers. We have implemented the calculation of stimulated radiative processes in absorption and emission. Also we included processes associated with the creation of electronic vacancies in inner shells (Shake), double autoionization and double photoionization. Calculation of optical and dielectric properties in solid targets. We have implemented a model for inverse bremsstrahlung absorption in solid targets. With the extinction coefficient from resonant photoabsorption, photoionization and inverse bremsstrahlung the refractive index is obtained by the Kramers-Kronig relation. Electrons out of equilibrium. We treat the evolution of the electron distribution, when it is not justified to assume a Maxwellian or Fermi-Dirac distribution, by the Fokker-Planck approximation for collisions between electrons. When solving the Fokker-Planck equation we included inelastic collision processes with ions and source terms by interaction with the laser and other processes.

Detection e Classificazione di Jammer in Protocolli Random Access

Con il crescente utilizzo delle reti wireless la sicurezza e l'affidabilità del servizio stanno diventando requisiti fondamentali da garantire. Questo studio ha come obiettivi il rilevamento di un attacco jammer e la classificazione della tipologia dell'attacco (reattivo, random e periodico) in una rete wireless in cui gli utenti comunicano con un access point tramite il protocollo random access slotted Aloha. La classificazione degli attacchi è infatti fondamentale per attuare le dovute contromisure ed evitare cali di performance nella rete. Le metriche estratte, fra cui la packet delivery ratio (PDR) e la rispettiva analisi spettrale, il rapporto segnale rumore medio e la varianza dell'rapporto segnale rumore, sono risultate essere efficaci nella classificazione dei jammers. In questo elaborato è stato implementato un sistema di detection e classificazione di jammer basato su machine learning, che ha permesso di ottenere una accuratezza complessiva del 92.5% nella classificazione ed una probabilità di detection superiore al 95% per valori di PDR inferiori o uguali al 70%.

Entropia, reversibilidade, irreversibilidade, equação de transporte e teorema H de Boltzmann e o teorema do retorno de Poincaré

Neste trabalho analisamos as conexões entre entropia, reversibilidade, irreversibilidade, teorema H e equação de transporte de Boltzmann e o teorema de retorno de Poincaré. Estes tópicos são estudados separadamente em muitos artigos e livros, mas não são em geral analisados em conjunto mostrando as relações entre eles como fizemos aqui. Procuramos redigir o artigo didaticamente seguindo um caminho que achamos ser o mais simples possível a fim de tornar o conteúdo acessível aos alunos de graduação de física.

New Analytic Solution of Boltzmann Transform for Horizontal Water Infiltration into Sand

The use of the Boltzmann transform function, lambda(theta), to solve the Richards equation when the diffusivity, D, is a function of only soil water content,., is now commonplace in the literature. Nevertheless, a new analytic solution of the Boltzmann transform lambda(h) as a function of matric potential for horizontal water infiltration into a sand was derived without invoking the concept or use of D(theta). The derivation assumes that a similarity exists between the soil water retention function and the Boltzmann transform lambda(theta). The solution successfully described soil water content profiles experimentally measured for different infiltration times into a homogeneous sand and agrees with those presented by Philip in 1955 and 1957. The applicability of this solution for all soils remains open, but it is anticipated to hold for soils whose air-filled pore-size distribution before wetting is sufficiently narrow to yield a sharp increase of water content at the wetting front during infiltration. It also improves and provides a versatile alternative to the well-known analysis pioneered by Green and Ampt in 1911.

Multiphase flow in the vascular system of wood: From microscopic exploration to 3-D Lattice Boltzmann experiments

This paper provides insights into liquid free water dynamics in wood vessels based on Lattice Boltzmann experiments. The anatomy of real wood samples was reconstructed from systematic 3-D analyses of the vessel contours derived from successive microscopic images. This virtual vascular system was then used to supply fluid-solid boundary conditions to a two-phase Lattice Boltzmann scheme and investigate capillary invasion of this hydrophilic porous medium. Behavior of the liquid phase was strongly dependent on anatomical features, especially vessel bifurcations and reconnections. Various parameters were examined in numerical experiments with ideal vessel bifurcations, to clarify our interpretation of these features. (c) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Protein fold recognition without Boltzmann statistics or explicit physical basis

We present a fast method for finding optimal parameters for a low-resolution (threading) force field intended to distinguish correct from incorrect folds for a given protein sequence. In contrast to other methods, the parameterization uses information from >10(7) misfolded structures as well as a set of native sequence-structure pairs. In addition to testing the resulting force field's performance on the protein sequence threading problem, results are shown that characterize the number of parameters necessary for effective structure recognition.

Contractive metrics for a Boltzmann equation for granular gases: diffusive equilibriaThe Patterson-Sullivan embedding and minimal volume entropy for outer space

We quantify the long-time behavior of a system of (partially) inelastic particles in a stochastic thermostat by means of the contractivity of a suitable metric in the set of probability measures. Existence, uniqueness, boundedness of moments and regularity of a steady state are derived from this basic property. The solutions of the kinetic model are proved to converge exponentially as t→ ∞ to this diffusive equilibrium in this distance metrizing the weak convergence of measures. Then, we prove a uniform bound in time on Sobolev norms of the solution, provided the initial data has a finite norm in the corresponding Sobolev space. These results are then combined, using interpolation inequalities, to obtain exponential convergence to the diffusive equilibrium in the strong L¹-norm, as well as various Sobolev norms.

De la máquina de Turing a la 'máquina' de Boltzmann: dinámica interactiva y fenómenos globales en redes conexionistas

A partir del análisis y crítica de algunos de los presupuestos básicos de la orientación dominante en psicologia cognitiva se discuten las posibilidades del planteamiento conexionista al cual atribuimos, en el marco de los distintos niveles explicativos posibles, el carácter de alternativa verdaderamente psicológica. Las argumentaciones centrales se basan en laspropiedades supuestamente atribuibles a las representaciones (particularmente, su carácter compuesto, sistemático y abstracto) y en la valoración de las posibilidades de aproximación a esas características desde el punto de vista conexionista. Se valora la posibilidad de complementar el enfoque microestructural propio del conexionismo con el análisis del comportamiento global del tip0 de redes implicadas. Esta dinámica global, analizable desde una perspectiva topológica a partir del concepto de estabilidad estructural, es susceptible de mostrar modifcaciones cualitativas que pueden asociarse con algunos fenómenos estudiados clásicarnente en la psicologia del pensamiento y en otros ámbitos

Tukkilajittelun röntgenmittauksen hyödyntäminen, tapaus Korkeakosken saha

Diplomityön tavoitteena oli selvittää työn toimeksiantajan UPM, Korkeakosken sahan röntgenmittauslaitteen oksaindeksilajitteluparametrille lukuarvo, jolla päästään A-tukkien osalta tavoiteltuun sydänsahatavaralaatujakaumaan eli saadaan siirrettyä VI- sydänsahatavaralaatu B-tukkien joukkoon. Lisäksi työssä tutkittiin sahan tukkilajittelun röntgenmittauslaitteen mittauksen toimivuutta ja sen tehokkaampaa hyödyntämistä. Korkeakosken sahan käyttämä röntgenmittauslaite on Bintec Oy:n kehittämä ja on tyypiltään Wood-X-4D. Laitteen mittaus perustuu tukin kuvaamiseen viipaleinaeli tomografiamittaukseen. Laite mittaa tukista useita ominaisuuksia ja antaa niiden perusteella lajitteluparametreille lukuarvoja. Lajitteluparametriarvojen muuttaminen vaikuttaa syntyvään sydänsahatavaralaatujakaumaan. Työ suoritettiin röntgenmittauslaitteella tekemällä tukeille toistomittauksia ja lajittelukokeita. Kokeissa käytettävät tukit olivat halkaisijaltaan 230 mm - tukkiluokasta. Tukkeja lajiteltiin eri tukkilaatulajitteluasetuksilla, jolloin seurattiin niistä sahattavia sahatavaralaatuja. Sahatavaralaatujen määrityksessä käytettiin sahaosastolla olevaa Finscan Oy:n kehittämää BoardMaster-NT-lajittelumittalaitetta. Tutkimus osoitti, että oksaindeksin pudottamisella, ei päästy työnantajan asettamaan sydänsahatavaran laatulajittelutavoitteeseen sallituissa oksaindeksirajoissa. Tavoitteen saavuttaminen olisi edellyttänyt oksaindeksin arvon pudottamista selkeästi alle asetetun 28 rajan. Tutkimustulokset osoittivat, että röntgenmittalaitteen lajitteluparametrien toiminnan varmuus vaihteli merkittävästi riippuen käytettävästä parametrista ja että laitteen mittaustarkkuus kärsi laitteen yleiseksi viaksi todetun detektorivian myötä. Täten tarkka laatulajittelu edellyttää röntgenmittalaitteen kaikkia neljää toimivaa detektoria. Tämä pystytään varmistamaanvaradetektorilla.

Accounting for adsorption and desorption in Lattice Boltzmann simulations

We report a Lattice-Boltzmann scheme that accounts for adsorption and desorption in the calculation of mesoscale dynamical properties of tracers in media of arbitrary complexity. Lattice Boltzmann simulations made it possible to solve numerically the coupled Navier-Stokes equations of fluid dynamics and Nernst-Planck equations of electrokinetics in complex, heterogeneous media. With the moment propagation scheme, it became possible to extract the effective diffusion and dispersion coefficients of tracers, or solutes, of any charge, e.g., in porous media. Nevertheless, the dynamical properties of tracers depend on the tracer-surface affinity, which is not purely electrostatic and also includes a species-specific contribution. In order to capture this important feature, we introduce specific adsorption and desorption processes in a lattice Boltzmann scheme through a modified moment propagation algorithm, in which tracers may adsorb and desorb from surfaces through kinetic reaction rates. The method is validated on exact results for pure diffusion and diffusion-advection in Poiseuille flows in a simple geometry. We finally illustrate the importance of taking such processes into account in the time-dependent diffusion coefficient in a more complex porous medium.

SSPBE: um programa para solução numérica da equação de Poisson-Boltzmann em simetria esférica com modelo de adsorção

A Fortran77 program, SSPBE, designed to solve the spherically symmetric Poisson-Boltzmann equation using cell model for ionic macromolecular aggregates or macroions is presented. The program includes an adsorption model for ions at the aggregate surface. The working algorithm solves the Poisson-Boltzmann equation in the integral representation using the Picard iteration method. Input parameters are introduced via an ASCII file, sspbe.txt. Output files yield the radial distances versus mean field potentials and average molar ion concentrations, the molar concentration of ions at the cell boundary, the self-consistent degree of ion adsorption from the surface and other related data. Ion binding to ionic, zwitterionic and reverse micelles are presented as representative examples of the applications of the SSPBE program.