(1)

La Cabeza de Orión está compuesta por varias regiones de formación estelar con edades que van desde 1 millón de años hasta unos 5. Se ha postulado que en este complejo se produjo una supernova que dio lugar a las últimas generaciones de estrellas. Con este proyecto se pretende revelar la población estelar de baja masa mediante el análisis de datos multi-banda tomados con la cámara BUSCA de Calar Alto. Tras la reducción y análisis preliminar, se cruzarán los datos con fotometría infrarroja tanto procedente de CAHA/Omega2000 como del satélite Spitzer, con objeto de identificar aquellos objetos más embebidos y estudiar la presencia de disco. 

(2)

Las regiones centrales de galaxias activas, es decir en las que sus agujeros negros supermasivos están acretando material, contienen grandes cantidades de gas molecular y polvo. Este gas molecular además de usarse para alimentar al agujero negro es también una reserva para la formación de nuevas generaciones de estrellas y se puede observar en muchas galaxias activas siendo expulsado en forma de "outflows" energéticos. En este proyecto proponemos el estudio del gas molecular frío en las regiones centrales de tres galaxias activas de tipo Seyfert. Para ello se usarán observaciones de alta resolución angular (0.3-0.5 segundos de arco equivalentes a unos 100-200 parsecs en estas galaxias) de la línea de CO(2-1) obtenidas con el interferómetro NOEMA. 

(3)

Este TFM se enmarca dentro de la explotación científica del proyecto CARMENES (Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exoearths with Near-infrared and optical Échelle Spectrographs, http://carmenes.caha.es/) que se encuentra en su fase de operación científica desde enero de 2016 tomando espectros de una muestra de 300 estrellas de tipo espectral M para la búsqueda exotierras por el método de velocidad radial. CARMENES es el primer y único espectrógrafo ultraestable de alta resolución (R>80,000) con dispersion cruzada y de gran cobertura en los rangos del visible (VIS) y del infrarrojo cercano (NIR) disponible en la actualidad. En este trabajo el alumno se familiarizará con el manejo de estos espectros con el fin de poder extraer toda la información posible sobre propiedades de las estrellas M como la rotación, el nivel de actividad cromosférica y su variabilidad que son importantes por un lado para confirmar o descartar los posibles planetas en torno a ellas y por otro lado permitirán estudiar su dependencia con otros parámetros estelares que se tienen muy bien determinados para ellas. Para ello se utilizara el código iSTARMOD, desarrollado por el grupo de investigación, que permite aplicar la técnica de substracción espectral a todos los indicadores de actividad tanto VIS como NIR.

(4)

The goal of this project is to combine data from the 4 High Energy Astrophysical observatories  available to the team: XMM, INTEGRAL, FERMI and MAGIC. We aim to explore the correlations between the catalogs of these instruments to look for matches, statistical correlations and unidentified sources . If interesting sources are found among the unidentified ones more effort will be devoted to study their characteristics in detail.­­ We also plan to construct combined spectra of some selected sources  and study the correlations among their light curves in flaring episodes. 

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Validación de planetas tipo terrestre con imagen de alta resolución espacial

El satélite Kepler ha permitido el descubrimiento de varios miles de candidatos planetarios mediante el método del tránsito. Una parte significativa correspondería a planetas tipo terrestre. Sin embargo, dada la magnitud de las estrellas que albergan estos candidatos, su confirmación vía velocidad radial no es posible. Las imágenes de alta resolución espacial permiten la aplicación de técnicas estadísticas que rechacen escenarios de falsos positivos, en un proceso denominado validación. El trabajo propuesto consistirá en el análisis de imágenes tomadas con el instrumento Astralux en el telescopio de 2.2m de Calar Alto. La muestra son estrellas de tipo espectral M y la confirmación de alguno de estos candidatos planetarios implicaría que se encontrarían en la zona de habitabilidad. 

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El monitor astronómico AstMon-UCM situado en el Observatorio UCM consiste en una cámara CCD que tiene acoplado un objetivo fotográfico de ojo de pez para proporcionar imágenes de todo el cielo. La cámara dispone de una rueda de filtros (Johnson B, V y R) para seleccionar la banda astronómica de la observación. Las observaciones de cada noche permiten determinar la calidad astronómica del cielo y fabricar mapas de brillo de cielo. Actualmente la cámara se controla desde un ordenador con sistema operativo windows usando el mismo programa que procesa las observaciones. Se pretende separar las tareas de forma que el control de AstMon-UCM se realice con un ordenador de placa única (SBC, single board computer) de tipo Raspberry Pi. Se necesita experiencia previa en este tipo de ordenadores y su programación.

(7)

El monitor astronómico AstMon-UCM situado en el Observatorio UCM consiste en una cámara CCD que tiene acoplado un objetivo fotográfico de ojo de pez para proporcionar imágenes de todo el cielo. Las observaciones de cada noche permiten determinar la calidad astronómica del cielo y fabricar mapas de brillo de cielo. Se dispone de datos desde julio de 2010 en las bandas fotométricas Johnson B, V y R por lo que se pueden estudiar las variaciones a lo largo de este tiempo que hayan podido tener lugar en el brillo de cielo sobre el observatorio UCM y relacionarlas con la evolución de la contaminación lumínica de Madrid. Se necesita experiencia en programación en Python. 

(8)

La luz de que las estrellas emiten es absorbida por los granos de polvo y luego re- emitida en el infrarrojo. Estos granos de polvo son producidos por las explosiones supernova y las estrellas AGBs, es decir en los procesos de muerte estelar. A partir de los trabajos de Valiante & Schneider (2007) y Zhukovska (2008) trataremos de obtener unas tablas de producción de polvo para diferentes masas estelares y metalicidades que puedan después incluirse en un modelo de evolución química para calcular el censo de polvo que puede haber en una galaxia o región. 

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El cúmulo sigma Orionis (3 Ma, 385 pc), cuyas estrellas más brillantes iluminan la Nebulosa de la Cabeza de Caballo, es uno de los mejores laboratorios de formación estelar y subestelar desde unas 20 masas solares hasta sólo unas pocas masas de Júpiter. Nuestro equipo tiene una gran colección de datos espectroscópicos no publicados, obtenidos con el Gran Telescopio Canarias y el Isaac Newton Telescope, completamente reducidos y parcialmente analizados de varios centenares de estrellas Herbig Ae/Be, T Tauri, enanas marrones jóvenes activas y contaminantes conocidos en la región de sigma Orionis. El estudiante de máster organizará todos los espectros, completará el análisis (principalmente, medida de la anchura de equivalente de ciertas líneas de absorción y emisión) y pondrá en limpio todos los resultados en forma de gráficas, tablas y relaciones como preparación para una publicación que se enviará a Astronomy & Astrophysics.

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CESAR ESAC Solar Observatory (Helios) master control program

The project objective is to create a master program that controls the automatic and remote operations of the Solar Observatory at ESAC. It entails the following aspects:

- Understand how the current Helios observatory works, and which parts are key for a master control program (including the dome, weather station, mount, telescopes, cameras, focusers, guiding system, master computers, network connections for data transfer, webcams, power UPS).

- Create the underlying master control program to control the daily operations of the Observatory, using Python and ASCOM as the programming languages and platforms.

-Create an intuitive simple GUI for an operator to control the operations of the Observatory.

The final result of the project should be a working control program that controls and monitors the automatic operations of the Solar Observatory.

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Automatic image processing for the CESAR Solar Observatory at ESAC (Helios)

The project objective is to consolidate the automatic image-processing pipeline for the HELIOS Solar Observatory, and it entails the following aspects:

- Understand how the current image-processing pipeline works.

- Evaluate how to modify the image capture and processing parameters so that a smooth final processed image sequence is created, taking into account  the atmospheric conditions (haze, high altitude clouds, clouds, dust, pollen) and time of observation

- Propose solutions to have a smooth appearance image sequence for the whole observation

- Implement this autonomous image-processing pipeline on the HELIOS pipelines and procedures.

- Test the image-processing pipeline during routine operations.

The final result of the project should be a working image processing pipeline that provides a smooth appearance processed image sequence for the full day observation duration.

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Helioseismology with ESAC Solar Observatory (Helios)

Helioseismology is the study of the propagation of wave oscillations, particularly acoustic pressure waves, in the Sun.  Changes in the propagation of oscillation waves through the Sun reveal inner structures and allow astrophysicists to develop extremely detailed profiles of the interior conditions of the Sun. The project objective is to determine the feasibility to use the HELIOS images for helioseismology. It entails the following aspects:

- Understand how the current Helios observatory works, and which products (images) are provided.

- Study the application of Helioseismology concepts to Helios images to derive science aspects and monitoring of helioseismology effects.

- Provide Educational cases to be used by students when using the CESAR Helios facility.

- Create prototype programs (using Python and ASCOM) or procedures to provide helioseismology results and interpretation of current images.

The final result of the project should be a feasibility assessment study document describing if it is possible to use the current Helios observatory set-up for Helioseismology studies, and recommendations for upgrades. Prototype routines/procedures/cases to analyse current images and provide educational results would be appreciated.

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Formación de estructuras en teorías de energía oscura y gravedad modificada

El modelo cosmológico estándar (ΛCDM) ofrece una descripción muy precisa de la evolución y estructura del universo a gran escala. De hecho, sus predicciones muestran un excelente acuerdo con los datos del fondo cósmico de microondas, supernovas de tipo Ia, medidas del parámetro de Hubble y de oscilaciones acústicas de bariones. Sin embargo, los recientes datos sobre crecimiento de estructuras presentan una cierta tensión con el modelo estándar que puede superar en ciertos casos las 3 desviaciones estándar. Se ha propuesto que ciertas alternativas al modelo estándar podrían reducir esta tensión. En este trabajo se analizará esta posibilidad contrastando los datos más recientes con modelos concretos  de gravedad modificada o con energía oscura dependiente del tiempo.

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Propiedades y origen del gas molecular caliente y extenso en la región de formación estelar de Orion (OMC-1)

La detección de emisión relativamente extensa en líneas rotacionalmente excitadas del monóxido de carbono (CO)  sugiere la presencia de una componente de gas molecular caliente (T_k » 100-200 K) y extensa en regiones de formación estelar masiva. Esta componente ha sido poco estudiada y sus propiedades físicas, origen y posibles mecanismos de calentamiento no se comprenden bien. El gas molecular caliente solo puede ser trazado eficientemente mediante observaciones de líneas rotacionalmente excitadas de moléculas abundantes como CO, HCO⁺, HCN, o H₂O que emiten a altas frecuencias (dominio submilimétrico e infrarrojo lejano, 500-2000 GHz) y que, por tanto, son difícilmente accesibles desde radiotelescopios terrestres. En consecuencia, existen muy pocos estudios observacionales de esta componente de gas. En este TFM se propone un análisis de cartografiados (7.5’ x 11.5’) de la icónica nube molecular de Orión (la región de formación de estrellas masivas más cercana a nosotros, » 400 pc) realizados en varios trazadores moleculares y atómicos (C⁺) con el receptor heterodino HIFI a bordo del telescopio espacial Herschel (véase Goicoechea et al. 2015, ApJ 812, para una presentación de los primeros resultados) La elevada resolución espectral de este instrumento (R>10⁶) permite, además, el análisis de los perfiles de línea resueltos y por tanto de la cinemática del gas. Algunas de las líneas observadas (de hidruros como H₂O o el ión reactivo CH⁺) solo pueden detectarse desde el espacio, pero proporcionan una información única para el estudio de los mecanismos de calentamiento del gas  (¿choques a gran escala? ¿calentamiento radiativo relacionado con el campo UV procedente de estrellas masivas?) y para el estudio de las propiedades del gas (temperatura, densidad, turbulencia, etc.).

Tareas: Calibración final, análisis e interpretación de los cartografiados realizados con Herschel/HIFI de la región de Orión conocida como OMC-1 (complementados con cartografiados de líneas de menor excitación realizadas con el telescopio IRAM-30m en el dominio milimétrico). Estudio de las propiedades físicas y cinemática del gas molecular caliente y extenso en la región de OMC-1. Realización de modelos sencillos de excitación y de transferencia de radiación no-ETL para entender los mecanismos de emisión molecular. 

(15)

Estudio del impacto de los datos de Gaia en la determinación de edades a través de isocronas mediante el uso de relaciones Masa-Luminosidad

La datación de estrellas es uno de los principales retos de la física estelar. El uso de isócronas teóricas para dicha datación está muy extendido, aunque este método tiene numerosas incertidumbres. Una de ellas es el error en la determinación de la luminosidad de las estrellas. Gracias a Gaia, este error ha decrecido enormemente, tanto como para permitir, por primera vez, el uso práctico de las relaciones Masa-Luminosidad para la estimación de la masa de las estrellas, ayudando enormemente a la datación vía isócronas.

Objetivo: Estudiar el impacto de los datos de Gaia y del uso de las relaciones M-L con dichos datos en la datación de estrellas mediante isócronas. Creación de un algoritmo en R para la datación de estrellas mediante ajuste bayesiano de isócronas utilizando las herramientas antes descritas.

Nota importante: Durante el trabajo el director estará principalmente afincado en Birmingham, por lo que la mayor parte del trabajo se dirigirá en remoto, mediante videoconferencias, correo electrónico y otras facilidades para el trabajo remoto (teamviewer, asana, etc.)

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Inclusión de las ecuaciones no-adiabáticas en el código de pulsación estelar RGraCo

RGraCo es el primer código de pulsación estelar programado orientado a objetos y desarrollado en la plataforma R. Los códigos de pulsación estelar utilizan modelos de estructura y evolución estelar para calcular sus modos propios de pulsación y así compararlos con observaciones astronómicas. El principal objetivo de RGraCo es utilizar las facilidades que ofrece R para ser el código de referencia en las futuras misiones espaciales, especialmente Plato2.0.

Objetivo: Incluir las ecuaciones no-adiabáticas de pulsación estelar en RGraCo (resolución numérica de ecuaciones).

Método y fases de desarrollo:

- Análisis funcional del estado actual de RGraCo, redacción de requisitos y diseño inicial de las acciones a realizar para obtener los objetivos.

- Análisis de la resolución numérica de las ecuaciones no-adiabáticas.

- Inclusión de dicha resolución numérica en RGraCo

- Pruebas y evaluación. Análisis de datos observacionales espaciales.

- Documentación del proyecto y redacción de la memoria.

Nota importante: Durante el trabajo el director estará principalmente afincado en Birmingham, por lo que la mayor parte del trabajo se dirigirá en remoto, mediante videoconferencias, correo electrónico y otras facilidades para el trabajo remoto (teamviewer, asana, etc.)

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Estudio con ALMA del gas molecular, formación estelar nuclear y el toro de galaxias Seyfert

Las regiones nucleares de galaxias activas (AGN) contienen grandes cantidades de gas y polvo. El gas que alimenta al agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia activa también puede dar lugar a formación estelar nuclear. Se dispone de observaciones de ALMA de galaxias Seyfert cercanas para estudiar la línea de CO(2-1) y el continuo adyacente con una resolución angular de 0.13-0.14" (11-14pc). Los objetivos principales del trabajo que se propone son: 1) investigar la localización de las regiones de formación estelar usando la morfología del gas molecular frío y la comparación con observaciones obtenidas en el infrarrojo cercano, 2) estimar la masa de gas molecular frío en la posición del AGN (es decir el gas molecular en el toro) y en sus alrededores, y 3) modelar la cinemática de la línea de CO(2-1) para distinguir entre gas entrando hacia AGN (inflow) y gas siendo expulsado por el AGN y/o por formación estelar (outflow). 

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Estudio de poblaciones estelares de galaxias a z = 0.4 - 0.5

Se trata de obtener la historia de formación estelar y la evolucion de la metalicidad de seis galaxias observadas con GTC a partir del estudio de sus espectros aplicando el código STARLIGHT (Cid-Fernandes et al. 2005) y extrayendo información acerca de sus poblaciones estelares.

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Ajuste de poblaciones estelares en galaxias usando métodos MCMC

El objetivo del trabajo será colaborar en el desarrollo de un nuevo método para la determinación de los parámetros de poblaciones estelares en galaxias (es decir, edad, metalicidad, historias de la formación estelar, sobreabundancias de elementos, etc) comparando espectros observados con las predicciones de modelos de síntesis de poblaciones. También se aplicará el nuevo método para determinar las propiedades de las poblaciones estelares a partir de observaciones espectrofotométricas como las obtenidas en la exploración J-PLUS o en el estudio de galaxias a alto deplazamiento al rojo del proyecto SHARDS. Los métodos actualmente usados se suelen basar en la minimización de residuos por un método de chi-cuadrado. El nuevo método usará un enfoque completamente bayesiano para estimar los parámetros usando un procedimiento basado en MCMC (Markov Chain Monte Carlo). El trabajo consistirá en programar diferentes algoritmos usando MCMC y programas como JAGS o Stan. Para poder realizar el trabajo es deseable experiencia previa en programación e, idealmente, conocimientos previos de R o Python (aunque estos conocimientos se pueden adquirir a la vez que se realiza el trabajo).

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Distribución espacial de las poblaciones estelares en galaxias a z = 2 − 3

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How much light is there in the Universe?

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Caracterización de sucesos en telescopios Cherenkov mediante aprendizaje profundo

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Estimación de la sensibilidad de CTA a modelos de materia oscura basados en branones

El contenido total de materia del Universo está dominado (84%) por un elusivo componente, llamado materia oscura, el cual no ha sido detectado aún. Determinados modelos de materia oscura proponen que la misma está compuesta por partículas masivas de interacción débil que podrían desintegrarse, o autoaniquilarse, produciendo rayos gamma como productos secundarios. Consecuentemente, la materia oscura sería susceptible de ser detectada en ese rango de energías. La próxima generación de telescopios Cherenkov será liderada por la Matriz de Telescopios Cherenkov (Cherenkov Telescope Array), cuya instalación norte se verá ubicada en la isla canaria de La Palma. CTA nos permitirá acceder a la banda de rayos gamma de muy alta energía con una sensibilidad sin precedentes. Este proyecto propone evaluar la sensibilidad de CTA a modelos de materia oscura basados en branones a través de observaciones de galaxias esferoidales enanas. Para ello, simularemos la respuesta de CTA a este tipo de señales y analizaremos los datos simulados, produciendo estimaciones sobre las restricciones que CTA puede imponer a este tipo de modelos.

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¿Subhalos de materia oscura? Descubriendo la naturaleza de las fuentes no asociadas de rayos gamma

El contenido total de materia del Universo está dominado (84%) por un elusivo componente, llamado materia oscura, el cual no ha sido detectado aún. Determinados modelos de materia oscura proponen que la misma está compuesta por partículas masivas de interacción débil que podrían desintegrarse, o autoaniquilarse, produciendo rayos gamma como productos secundarios. Consecuentemente, la materia oscura sería susceptible de ser detectada en ese rango de energías. El telescopio espacial Fermi-Large Area Telescope ha producido el mejor mapa del Universo en rayos gamma de alta energías hasta la fecha. Un potencial botín de subhalos galácticos de materia oscura puede estar oculto entre su collección de fuentes no asociadas. Este projecto pretende contestar a la pregunta de cuántas de dichas fuentes son espectralmente compatibles con la hipótesis anterior. Para ello, se ajustará la información espectral contenida, para cada fuente, en los catálogos de Fermi más actualizados disponibles a distintas formas espectrales características de la emisión de rayos gamma causada por aniquilación de partículas de materia oscura.

(26)

Caracterización óptica de una misteriosa fuente de rayos gamma de alta energía

El contenido total de materia del Universo está dominado (84%) por un elusivo componente, llamado materia oscura, el cual no ha sido detectado aún. Determinados modelos de materia oscura proponen que la misma está compuesta por partículas masivas de interacción débil que podrían desintegrarse, o autoaniquilarse, produciendo rayos gamma como productos secundarios. Consecuentemente, la materia oscura sería susceptible de ser detectada en ese rango de energías. El telescopio espacial Fermi-Large Area Telescope ha producido el mejor mapa del Universo en rayos gamma de alta energías hasta la fecha. Un potencial botín de subhalos galácticos de materia oscura puede estar oculto entre su collección de fuentes no asociadas. Este projecto ofrece la posibilidad de descubrir la naturaleza de una fuente no asociada de Fermi-LAT que ha sido propuesta como un candidato muy interesante a subhalo de materia oscura, para lo cual se analizaran espectros de potenciales contrapartidas ópticas obtenidos con el telescopio Hiltner de 2.4 m del MDM Observatory.

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Evolución de galaxias en cúmulos de Abell

Los cúmulos de galaxias son sistemas ligados gravitacionalmente formados por cientos o miles de objetos individuales, cada uno de ellos con historia y características propias. Sin embargo, se ha observado que las galaxias en cúmulos acaban teniendo propiedades similares entre ellas (morfología, tasa de formación estelar, actividad nuclear, contenido de gas y polvo, etc), lo que indica una influencia significativa del entorno y concretamente de su densidad en la evolución galáctica. Hay diferentes mecanismos que pueden explicar esta evolución: interacciones galaxia-galaxia, influencia del medio intracumular, efecto del potencial gravitacional, etc. Cada uno de ellos predomina en distintas zonas del cúmulo.Caracterizar estas zonas y las propiedades físicas de las galaxias en ellas es fundamental para entender los procesos que dirigen sus trazas evolutivas en entornos de alta densidad. Este proyecto propone utilizar los catálogos multifrecuencia obtenidos a partir de datos públicos de archivos de ESA y NASA (Hubble Space Telescope, XMM-Newton, Chandra, Herschel, Spitzer, Gaia…) para analizar cúmulos de galaxias a un desplazamiento al rojo de entre 0.2 y 0.4 y determinar las áreas donde tienen lugar el grueso de las transformaciones de los objetos de campo en típicas galaxias de cúmulo. 

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Characterization of Silicon Photo-Multipliers for gamma-ray telescopes cameras

Silicon Photomultipliers (SiPMs) are based on avalanche photodiodes operated in Geiger mode. They are called to replace in the next years the Photomultiplier Tubes (PMTs, based on vacuum valves) as detectors of individual photons while achieving transit times close to 1 ns. SiPM will therefore be very useful in disciplines such as Medical Physics or High Energy Physics and Astrophysics. For the characterization of a SiPM, it is necessary to measure its photon detection efficiency (PDE), as well as its emission of spurious signals (afterpulsing and Optical Cross-talk). The aim of this project is to improve the already existing test bench at the High Energy Physics Group at UCM (GAE-UPARCOS-UCM) in order to characterize the fast timing response of different SiPMs as candidate photosensors for gamma-ray telescope cameras, such as those to be operated in CTA. The project also pursues to use the LICA (Laboratorio de Instrumentación Científica Avanzada) infrastructure to further characterize the optical properties of SiPMs.

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El Sol en sus inicios: comparación de diferentes modelos evolutivos

Una de las paradojas de los modelos de formación estelar está en las propiedades del Sol, referencia absoluta de los mismos. Entre otros problemas, desconocemos cuales fueron sus propiedades en la Secuencia Principal de Edad Zero (ZAMS), al iniciar la combustión de hidrógeno. El cúmulo de las Pléyades tienen la edad idónea para realizar una comparación de datos y modelos teóricos, dado que una estrella de 1 Msol está en el punto justo de divergencia de la ZAMS y de la isocrona de 125 Maños, correspondiente a la edad de la asociación. Así, se compararán las posiciones de los diferentes modelos realizados por diversos grupos y de distintas físicas (composiciones, overshooting, microturbulencia, opacidades, etc). El estudio también se extenderá a asociaciones más jóvenes como NGC2264 y Lambda Orioni (ambos de unos 5 Maños), Beta Pic MG (20 Maños), IC2391 (55 Maños) y Alfa Per (90 Maños), con objeto de trazar la evolución de análogos solares dentro de la presecuencia principal, cuando estos análogos se están contrayendo, fase durante la que se produce la formación y evolución inicial de sus sistemas planetarios.

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Improving the sensitivity to Ultra High Energy photons

The highest energy photons detected so far come from celestial sources and reach energies of 100 TeV,  ten times higher than the highest energy one ever produced inside an accelerator. They  interest  both Astronomy and Particle Physics but our capacity to study these particles is limited by their limited flux, less than  1 particle per km² and day for strong sources.

We propose to study techniques to  increase the sensitivity of Astroparticle Physics observatories to these photons.  The work will be centered in data analysis, using simulation and analysis programs developed for Astroparticle Physics observatories like MAGIC and CTA.  

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Búsqueda de transitorios cósmicos de muy alta energía con los telescopios MAGIC

Se pretende desarrollar un sistema capaz de detectar emisión transitoria rápida en los datos tomados por el observatorio MAGIC, uno de los mejores del mundo en muy altas energías (VHE). Proponemos  investigar la existencia de transitorios en el cielo VHE, como los que se han detectado en otros rangos de energía (GRBs, FRBS, u ondas gravitacionales). En general no se conoce el origen de la emisión, pero los modelos apuntan a procesos en objetos compactos, como por ejemplo estrellas de neutrones o agujeros negros. Se desarrollaría un método para identificar esta posible emisión  y se incluiría en la cadena de análisis de MAGIC.  El proyecto exige desarrollar criterios estadísticos y programas, analizar los datos que se seleccionen, y estudiar las teorías que pueden explicarlos

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Investigating Gamma-Ray Supernova Remnants as the origin site of Galactic Cosmic-Rays

Still once century after their discovery, we are unable to establish a coherent theory for the origin of the Cosmic Rays (CRs). Noways it is widely believed that Galactic CRs originate from supernova explosions. If this is the case, the acceleration of comic rays in supernova remnants (SNRs) would led to the emission of gamma-rays via hadronic interactions with nearby molecular clouds. In these interactions, neutral pions would be formed, disintegrating in gamma-rays.  Several galactic SNRs have been detected by the gamma-ray space telescope, Fermi-LAT, pointing towards this possibility. Nevertheless, an alternative explanation for the detected gamma-ray emission exists. In the so-called leptonic scenario, gamma-rays would originate from the acceleration of ultra-relativistic electrons. The main aim of this project is to analyze Fermi-LAT data for some SNRs and to investigate whether they can be unequivocally explained by hadronic scenarios, rather than by leptonic ones. This would confirm that SNRs are the acceleration sites of Galactic Cosmic Rays.

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Understanding the superorbital flux modulation of a binary system

The long-term variability is an interesting characteristic of some of the Galactic X-ray binaries, such as LS I 61+303. This binary system consists of a B0 main-sequence star with a circumstellar disk and a compact object of unknown nature. It is detected in the energy range from radio to γ-rays exhibiting strong variable emission. The orbital period of the system is estimated to be about 26 days and it also exhibits long-term periodic variation with a superorbital period of about four years. The observed characteristic of this system is not yet explained to our satisfaction. In this project, we will perform a detailed Monte Carlo simulations to understand such complex behavior of the binary. 

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Explotación científica de los espectros VIS & NIR de CARMENES: determinación de paramentos estelares (Teff, log g, [Fe/H]) de enanas M con síntesis espectral

Este TFM se enmarca dentro de la explotación científica del proyecto CARMENES (Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exoearths with Near-infrared and optical Échelle Spectrographs, http://carmenes.caha.es/) que se encuentra en su fase de operación científica desde enero de 2016 tomando espectros de una muestra de 300 estrellas de tipo espectral M para la búsqueda exotierras por el método de velocidad radial. CARMENES es el primer y único espectrógrafo ultraestable de alta resolución (R>80,000) con dispersion cruzada y de gran cobertura en los rangos del visible (VIS) y del infrarrojo cercano (NIR) disponible en la actualidad. En este trabajo el alumno utilizará estos espectros para identificar lineas espectrales y bandas moleculares con parámetros atómicos bien determinados y libres de contaminación por lineas telúricas para poder utilizarlas para la determinación de paramentos estelares (Teff, logg, [Fe/H]) por síntesis espectral. Se utilizara un código de minimización por MCMC desarrollado por el grupo de investigación que hace uso de los modelos de atmósferas PHOENIX que son los mas adecuados para este tipo de estrellas. Se optimizará el método y la selección de regiones espectrales comparando los resultados obtenidos para estrellas M con parámetros bien determinados por otros métodos no espectroscopios y estrellas en sistemas binarios, para los cuales se conoce la metalicidad por los estudios de la primaria de tipo FGK. 

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CARMENES target characterisation: close and wide multiplicity in M dwarfs

El catálogo de entrada del proyecto CARMENES (Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exoearths with Near-infrared and optical Echelle Spectrographs, http://carmenes.caha.es/) contiene mas de 2000 estrellas de tipo M entre las que se han seleccionado las 300+ mejores para el programa de tiempo garantizado de búsqueda de exotierras por el método de velocidad radial. Hasta la fecha se han recopilado o determinado parámetros astrofísicos para todas ellas, pero es necesario completar el estudio de multiplicidad, que nos sirve para mejorar determinaciones de distancia, cinemática, metalicidad y edad de las estrellas, especialmente de aquellas con exoplanetas. El alumno participará en el consorcio internacional CARMENES y ayudará a preparar la publicación correspondiente a multiplicidad de la serie dedicada al catálogo de entrada. El alumno medirá separaciones angulares, ángulos de posición, determinará separaciones físicas proyectadas, estimará órbitas y buscará nuevos pares de movimiento propio común con datos de HSOY y Gaia DR1 y DR2.

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Modelo de atmósfera de un exoplaneta para la simulación de la observación de su tránsito

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Implementación de un detector MCP en un simulador de imagen para misiones espaciales

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La extraordinaria variabilidad de los blazars Mrk421 y PKS2155-304 observados por XMM-Newton

Irene Jiménez Martínez

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Estudios en el Infrarrojo de estrellas masivas en regiones obscurecidas de la Vía Láctea

Desde su nacimiento hasta su explosión como supernovas, las estrellas masivas juegan un papel fundamental en la dinámica, balance energético y enriquecimiento en metales del medio interestelar circundante. En la Vía Láctea, los grandes cúmulos de estrellas masivas se encuentran en la parte interna del disco por lo que están sujetos a una alta extinción, no son accesibles en los rangos ultravioleta óptico , y es necesario observarlos espectroscópicamente en el infrarrojo para poder caracterizarlos. Los espectros infrarrojos de las estrellas masivas proporcionan diagnósticos muy potentes, tanto a través del continuo como de las líneas espectrales, para caracterizar sus atmósferas y vientos estelares. Con el fin de estudiar la población de estrellas masivas en cúmulos masivos Galacticos obscurecidos, se han obtenido observaciones en las bandas H y K de sus miembros más brillantes. El estudiante se familiarizará con la reducción de observaciones espectroscópicas de estrellas masivas en el IR obtenidas con VLT y EMIR-GTC y contribuirá al análisis e interpretación de estos objetos.

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Hacia las primeras estrellas del Universo: espectroscopia UV en Sextans-A

La evolución del Universo está fuertemente ligada a las estrellas masivas desde su comienzo. En un entorno prácticamente libre de metales las primeras estrellas, que comenzaron el proceso de reionización, eran muy masivas. Las galaxias cercanas de baja metalicidad nos permiten estudiar la física de estos objetos en un entorno controlado, para que después pueda ser extrapolada al Universo primitivo. El trabajo se centrará en Sextans-A, la galaxia aparentemente más pobre en hierro del Grupo Local. El estudiante reducirá y analizará datos UV de archivo del telescopio espacial Hubble (HST). Los espectros UV resultantes proporcionarán la mejor caracterización hasta la fecha del contenido en Fe de Sextans-A y de los vientos de las estrellas observadas. Ambos son piezas fundamentales para entender la evolución de las estrellas masivas de muy baja metalicidad.

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Data analysis of the Infrared Camera @EUSO-BALLOON (CNES) launched on August 24, 2014

EUSO-BALLOON is a pathfinder project of the international consortium JEM-EUSO and the French Space Agency (CNES) launched on August 24, 2014 from Timmins (Canada). EUSO-BALLOON is a prototype fluorescence telescope with a Spanish infrared camera onboard a stratospheric balloon led by CNES.The objective of this type of mission is to test the validity of concepts and technical choices of the JEM-EUSO space mission or any subsequent project aimed at achieving an observatory of giant Ultra-High Energy Cosmic Rays (UHECR) showers induced by cosmic rays from Space.The design and the construction of this telescope is a real technical challenge, as it involves the use of new technologies from the laboratories of both space companies and research institutes in areas as multidisciplinar as optical large and accurate Fresnel lenses, a technique of photodetection highly sensitive and good resolution, and very innovative analog and digital electronics.The Spanish IR-Camera led by the SPace & AStroparticle Group (UAH) on EUSO-BALLOON is a pathfinder for the JEM-EUSO Space IR-Camera, that aims to test the technologies involved on the design, as well as to take the first images that will serve as an study of the clouds detection accuracy of the IR-Camera that will be the main aim of the work here presented.  More info http://spas.uah.es  http://jem-euso.roma2.infn.it  http://jemeuso.riken.jp/en/ Nota: el estudiante que haga el trabajo no necesitará desplazarse hasta la Universidad de Alcalá de Henares y será tutorizado desde la UCM

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Data analysis of the Infrared Camera @NASA-BALLOON Flight over New Mexico (USA) launched on October 10, 2015

The Spanish infrared camera led by the Space and Astroparticle Group UAH(Spain) has been launched in a NASA balloon on October 10, 2015.  The objective of this type of mission is to test the validity of concepts and technical choices of IR camera for the Extreme Universe Space Observatory (EUSO) space program. The design and the construction of this IR camera is a technical challenge, as it involves the use of new technologies from the laboratories of both space companies and research institutes in areas as multidisciplinar as Optics, Electronics, IR sensors, etc. The IR-Camera led by the SPace & AStroparticle Group (UAH) on the NASA-BALLOON aims to test the technologies involved on the design of the IR camera, as well as to take the first images that will serve as an study of the clouds detection accuracy of the IR-Camera that will be the main aim of the work here presented. More info http://spas.uah.es http://jem-euso.roma2.infn.it   http://jemeuso.riken.jp/en/ Nota: el estudiante que haga el trabajo no necesitará desplazarse hasta la Universidad de Alcalá de Henares y será tutorizado desde la UCM

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Simulation of the multi-anode photomultiplier tube (MAPMT) performances using GEANT4 for the Extreme Universe Space Observatory (EUSO)

The Extreme Universe Space Observatory (EUSO) is a large imaging telescope that will study Ultra-High Energy Cosmic Rays (UHECR) from Space by imaging the UV light coming from air showers. These air showers are produced by cosmic rays having energies that can reach and exceed 10²⁰ eV. The main aim of this study is to examine the performance using the “GEANT4 Framework” of the type of failures of the PhotoMultipliers Tubes (PMT), the possible risks due to these failures and to determine the need for redundancy within the system. PMTs performance evaluation and simulation is concerned with the analysis of lifetime evaluation of PMTs whose individual components are prone to failure. This simulation pretends to evaluate the Photomultiplier tube component using the GEANT4 framework, in order to perform a critical and complete study of the reliability of the PMT in terms of performance (the reliability of the transmission of the signal, quality of the signal, the degradation of the performance during operation of the PMT), in other words “Background events”. It is important to consider and evaluate the reliability of the EUSO PMTs due to the lifetime of the photocathode, also the gain drift of the PMT.  So far, these studies have been done in laboratories exposing the PMT under different kinds of radiation, illumination and temperature ranges, but not in theory or modeling in a mathematical and statistical way.  More info http://spas.uah.es  http://jem-euso.roma2.infn.it   http://jemeuso.riken.jp/en/ Nota: el estudiante que haga el trabajo no necesitará desplazarse hasta la Universidad de Alcalá de Henares y será tutorizado desde la UCM

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Análisis de fuentes lentificadas a través de la deconvolución de imágenes de GTC y Spitzer de los Hubble Frontier Fields A370 y MACS1149

Este Trabajo Fin de Máster pretende analizar las imágenes tomadas con varios telescopios espaciales (principalmente Hubble y Spitzer) y por el GTC en los cúmulos del proyecto Hubble Frontier Fields, con el objetivo de obtener fotometría robusta de galaxias a alto redshift amplificadas por las lentes gravitacionales. El TFM desarrollará  herramientas basadas en la aplicación de técnicas de Markov Chain Montecarlo (MCMC), construyendo modelos en JAGS o Stan, para medir tanto flujos multi-banda como incertidumbres robustas, claves para la caracterización física de las galaxias más débiles y distantes conocidas hasta el momento. Para poder realizar el trabajo es muy deseable experiencia previa en estadística y programación e, idealmente, conocimientos previos de R o Python.

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Hawking radiation of primordial black holes

Primordial black holes theoretically formed in the early universe as a result of the direct collapse of density fluctuations during the Big Bang. These proposed black holes could have initial masses anywhere from a small 10e-8 kg to thousands of solar masses. Could dark matter — the missing, unseen matter in our universe — might be composed of as-yet-undetected primordial black holes?. The master student should constrain the observational properties to detect (small mass) primordial blacks in the electro-magnetic spectrum through their Hawking radiation (mass, luminosity, lifetime). Based on these properties the XMM-Newton catalogues should be searched for candidates.

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Búsqueda de ciclos de actividad coronal en estrellas de últimos tipos

Tras varias décadas de estudios cromosféricos se han identificado muchas estrellas de últimos tipos (FGKM) que muestran ciclos de actividad similares a los 11 años del ciclo solar. Estas estrellas no muestran siempre las mismas características que el Sol. La banda de rayos X es más sensible a la actividad estelar debido a que procede de la Corona (1-10 MK de temperatura). Sin embargo se han identificado muy pocos ciclos en rayos-X hasta la fecha, siendo iota Hor (Sanz-Forcada et al. 2013) la primera estrella aislada con ciclo coronal. Esta estrella además nos revela, por su edad, las condiciones en las que apareció la vida en la Tierra. Este estudio pretende investigar la presencia de otros ciclos entre las observaciones de archivo de XMM-Newton y otras misiones. El estudiante adquirirá habilidades en la reducción de datos en rayos-X, y el manejo de bases de datos. La experiencia en programación (ej. Python) facilitará el trabajo. 

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Modelos de emisión molecular en nebulosas circunestelares

Se trata de actualizar y mejorar en lo posible la modelización numérica de la emisión de líneas rotacionales de moléculas de interés astrofísico en envolturas circunestelares alrededor de gigantes rojas y nebulosas planetarias. El objetivo final es la comprensión de los mecanismos que rigen la emisión de radiación a frecuencias comúnmente observadas y la medida de los principales parámetros del gas observado en casos reales: densidad, temperatura y campo de velocidades. También sirve este análisis para determinar las propiedades químicas del gas y, en particular, la formación de granos de polvo en regiones circunestelares internas, un fenómeno básico para entender la pérdida de masa estelar (debida a presión de radiación sobre los granos de polvo) y el suministro global de los granos al medio interestelar.

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Actualización de la calibración fotométrica de la cámara OMC

La cámara óptica (OMC) a bordo del observatorio espacial INTEGRAL de la ESA proporciona fotometría en la banda V de Johnson. En sus 15 años en órbita ha observado más de 200.000 fuentes de interés científico y alrededor del 150.000 estrellas de referencia para la calibración fotométrica (http://sdc.cab.inta-csic.es/omc/). Recientemente hemos actualizado drásticamente las operaciones en órbita destinadas a la adquisición de las imágenes de calibración, lo cual permitirá mejorar la calibración final del instrumento. En este trabajo el estudiante analizará los nuevos datos de calibración, y colaborará en la definición de los nuevos algoritmos destinados a obtener los ficheros de calibración usados en las pipelines de procesado automático.

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James Webb Space Telescope: Preparación y simulación de observaciones de las primeras galaxias del Universo

El estudiante participará en las actividades de preparación de propuestas de observación de galaxias de época de reinización y objetos lejanos del Universo. Sus tareas consistirán en simulación de observaciones MIRI con los simuladores desarrollados por ESA y NASA, extracción y fotometría de espectros 3D y aplicación al pipeline de MIRI. El trabajo conlleva desarrollo y publicación del software necesario y de análisis de datos del JWST. Se necesitan conocimientos de Python y astrofísica.

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J-PLUS Survey: Entendiendo la formación y evolución de M33 a través de sus cúmulos estelares

El objetivo de este proyecto es estudiar la formación de la galaxia espiral M33 a través de sus cúmulos globulares utilizando los primeros datos del survey J-PLUS. El survey fotométrico J-PLUS -- llevado a cabo desde el Observatorio Astrofísico de Javalambre, cerca de Teruel -- esta observando grandes areas del cielo utilizando un conjunto de 12 filtros que nos permite estudiar de manera precisa las poblaciones estelares en galaxias cercanas. En este proyecto estudiaremos las propiedades fotométricas (edades y metalicidades) de los cúmulos de M33 analizando su distribución espectral de energía (SED). En especial este estudio explorará por primera vez los cúmulos localizados en las partes externas de la galaxia. Los resultados de este proyecto proporcionarán información sobre la historia de formación de galaxias espirales de baja masa y permitida realizar por primera vez una comparación realista entre los cúmulos de M33 y de la Via Láctea. 

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Estudio de AGBs del bulbo galáctico con técnicas del Observatorio Virtual

En Jiménez-Esteban & Engels 2015 (A&A, 579, 76J) estudiamos una pequeña muestra de 37 estrellas AGBs del Bulbo Galáctico. En este trabajo llegamos a resultados no esperados según los modelos clásicos de evolución estelar. En este proyecto vamos a extender el estudio a una muestra de unas 300 AGBs, aprovechando para ello todo el potencial del Observatorio Virtual (VO). Utilizando Topcat seleccionaremos una muestra de estrellas AGBs del Bulbo Galáctico a partir de unos catálogos de objetos con emisión en el máser de OH. Luego usaremos VOSA, una herramienta VO pensada para el análisis de distribuciones espectrales de energía (SEDs), para: i) construir las SEDs de los objetos a partir de datos fotométricos de una gran variedad de catálogos accesibles a través del VO; ii) ajustar esas SEDs observacionales a modelos teóricos de emisión estelar, también accesibles a través del VO; iii) obtener sus parámetros físicos como temperatura, perdida de masa, luminosidad) asumiendo una distancia común a todos ellos igual a la distancia al Bulbo Galáctico), etc. Por último, analizaremos los resultados en el contexto de las últimas teorías de evolución estelar. 

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Excitación de moléculas en el medio circunestelar

Hoy en día, es posible sistematizar el estudio de la excitación de líneas moleculares y de su emisión en medios relativamente difusos, de manera que se pueda extender el tratamiento a un número elevado de especies. Nuestra idea es crear códigos que puedan aplicarse a diferentes moléculas, gracias a la existencia de bases de datos con formatos compatibles y fácilmente implementables. Estos programas calcularán sistemáticamente los coeficientes de emisión y absorción de líneas de interés para el estudio del medio circunestelar. En un segundo paso, se generarán numéricamente a partir de estos resultados parámetros directamente observables, como espectros en unidades físicas particularizados a casos concretos de nebulosas, y se aplicarán al análisis de observaciones reales.

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Simulación numerica de la interacción entre la magnetosfera y/o exosfera planetaria y el viento estelar

El objetivo de este trabajo es determinar numéricamente la propiedades del bow-shock que se forma por la propagación del viento estelar magnetizado dentro de la exosfera y magnetosfera planetaria. Las simulaciones numéricas se realizarán con el código PLUTO y los resultados se utilizarán para determinar condiciones de detectabilidad.

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Modelado de las cuentas de galaxias de J-PLUS con técnicas Bayesianas

Los primeros datos públicos de J-PLUS (Javalambre-Local Universe Photometric Survey; un cartografiado en 12 bandas del hemisferio norte realizado desde el OAJ, en Teruel) proporcionan información de unas 100 mil galaxias distributidas en 18 apuntados de 2deg² cada uno. El objetivo del TFM es modelar, utilizando técnicas Bayesianas, las cuentas de galaxias (número de galaxias por deg² y magnitud) de J-PLUS, teniendo en cuenta tanto la extinción de la Vía Láctea como la varianza cósmica. Dependiendo del progreso en el proyecto, el trabajo podría extenderse a (i) estudio de cuentas en los datos internos de J-PLUS, actualmente más de un millón de galaxias en 224 apuntados, (ii) modelado de las cuentas de estrellas, las cuales presentan estructura a lo largo del cielo.