Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica / La Correntropía es una medida no lineal de similitud entre dos variables aleatorias. Esta Tesis plantea una forma de implementación de la correntropía, haciendo uso de dispositivos digitales de alta integración llamados FPGA (Field Programmable Gate Array ) los cuales permiten procesar la información directamente en hardware, logrando mejoras significativas en los tiempos de proceso. El objetivo de esta Tesis es el diseño e implementación en hardware de la correlación cruzada y de la correntropía cruzada, utilizando FPGA. De acuerdo a lo investigado a la fecha, existen trabajos previos en la implementación de la correlación pero no así para la correntropía en la forma como aquí se plantea. Para poder comparar lo obtenido con correntropía, se implementó también la correlación cruzada, utilizando los mismos dispositivos FPGA. En base a lo anterior, se desarrolló un diseño considerando la obtención de la menor latencia posible para el cálculo de la Correntropía, siendo la latencia el retardo producido entre la entrada y la salida para producir un resultado esperado. Se supone que la latencia de un FPGA es menor entre uno y dos órdenes de magnitud, comparado con un procesador, lo cual se demuestra en este trabajo. En esta Tesis, con el fin de implementar el hardware en base a dispositivos FPGA, se ha desarrollado una metodología de diseño en Sistemas Digitales, basada en Máquinas de Estado Finito que separa claramente el diseño de la implementación y puede ser aplicada para abordar sistemas digitales complejos y de gran envergadura. Para desarrollar esta Tesis se decidió utilizar la tarjeta de desarrollo Nexys4 de Xilinx la cual utiliza la herramienta de software VIVADO. Dentro de VIVADO, el lenguaje de descripción de hardware (HDL) utilizado fue SystemVerilog. En relación al desarrollo del proyecto, éste se dividió en dos etapas: la primera contempló el diseño e implementación de la Correlación Cruzada, utilizando un FPGA. Se utilizó la definición de correlación en el dominio de la frecuencia. Esto implicó utilizar módulos que calculan la Transformada de Fourier para cada una de las entradas. La segunda etapa del proyecto contempló el diseño e implementación de la Correntropía Cruzada, propiamente tal, utilizando un FPGA. El enfoque de diseño es diferente al aplicado a la correlación, dado que la definición de correntropía incluye un Kernel Gaussiano. En ambas etapas del proyecto se lograron los resultados esperados: salidas del diseño implementado para FPGA, idénticas a las salidas dadas por la herramienta MATLAB, considerando diferentes tipos de entradas: señales sinusoidales de distinto tipo dado que son más fáciles de implementar y visualizar, series de tiempo de señales electromagnéticas de Astronomía y eventos de husos de sueño en registros de electroencefalogramas (EEG). Se confirma, además, la menor latencia, de al menos un orden de magnitud, de las salidas de la herramienta VIVADO en comparación a lo obtenido con la herramienta MATLAB, obteniéndose menores latencias para la Correlación que para la Correntropía.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico. / Los sistemas cuasi-periódicos han sido estudiados en el contexto de sistemas dinámicos, como también en diversas áreas en las cuáles estos fenómenos son observables. Tal es el caso de la astronomía. El caso de estudio presentado en este trabajo corresponde a las estrellas Gamma Doradus, las que debido a sus características físicas poseen entre 1 a 5 períodos principales de pulsación, otorgándoles características periódicas y cuasi-periódicas al ser observadas en el espectro visible. En el estudio de estas estrellas, la correcta determinación de sus periodos y de la distancia entre ellos es de vital importancia, debido a que se relacionan con sus parámetros físicos, los cuales pueden llegar a ser inferidos. Por tal motivo se espera que estos modelos ayuden en la tarea de caracterización de la pulsación, mediante la descomposición de una curva de luz en señales de menor complejidad. La presente tesis se enfoca a la modelación y análisis de curvas de luz de estrellas Gamma Doradus mediante modelos de Neuropercolación. Neuropercolación es una familia de modelos estocásticos basados en la teoría de Autómata Celular Probabilístico en grillas y grafos aleatorios, inspirados en la dinámica de poblaciones neuronales. Estos modelos pueden ser utilizados para construir series de tiempo discretas, cuyos parámetros son las probabilidades que definen su dinámica. Se propone obtener tales parámetros para modelar una serie de tiempo mediante Optimización por Enjambre de Partículas (PSO), un método evolutivo de optimización basado en poblaciones. La metodología propuesta se aplicó tanto en señales sintéticas como a curvas de luz reales de estrellas Gamma Doradus. Dentro de la señales sintéticas se estudió la capacidad de modelación de una señal de Amplitud Modulada, tanto en presencia de datos perdidos como de ruido blanco aditivo en distintos niveles. Para todos los casos se obtuvieron modelos representativos de la dinámica del proceso. Posteriormente, con modelos de estrellas Gamma Doradus se observa que, con ciertos modelos, es posible recuperar todas la base de frecuencias con la que se construyen las curvas de luz. Esto entrega ventajas comparativas con la búsqueda de frecuencias directamente sobre la señal, además de mejorar la estimación del espaciamiento entre periodos. Al analizar ese método en curvas de estrellas Gamma Doradus obtenidas por el proyecto Kepler de la NASA es posible observar que si bien los modelos no obtienen ajustes perfectos de Error Cuadrático Medio, algunas de las curvas si llegan a ser modeladas con una alta precisión y bajos residuos. Otros casos, en señales con mayores componentes espectrales, la modelación no obtiene tan buenos resultados, y los residuos, aún en los mejores casos, presentan estructuras que podrían llegar a ser modeladas. Considerando la variabilidad intrínseca de resultados debido a la aleatoriedad de PSO y sus poblaciones iniciales, se concluye que es posible obtener modelos de señales cuasi-periódicas con gran exactitud, obteniendo las frecuencias principales del fenómeno. En los casos de modelos con menor ajuste la presencia de óptimos locales dificulta la convergencia hacia el óptimo global. Para los casos de estudio donde los errores fueron más altos, es posible que una mayor cantidad de datos ayude a la obtención de mejores modelos. Este trabajo presenta muchas opciones de extensiones, tales como la disminución de los tiempos de cómputo, mejoras del proceso de optimización, potencialidades en interpolación y predicción, y uso en series de tiempo con muestreos no-uniformes.

Las series de tiempo estudiadas en astronomía, también conocidas como “Curvas de Luz”, contienen información del brillo estelar versus tiempo y se caracterizan por estar irregularmente muestreadas, poseer múltiples espacios sin datos (gaps) y ser ruidosas. El análisis de curvas de luz permite estudiar el comportamiento del objeto estelar en cuestión, detectar eventos de interés, despejar otros parámetros del objeto y realizar tareas de clasificación estelar. En la actualidad son múltiples los catálogos de curvas de luz producidos por sondeos astronómicos alrededor del mundo. La extensión de estas bases de datos sumada a las características ya mencionadas de las curvas de luz, hacen que el análisis de series de tiempo astronómicas sea una tarea difícil y costosa. Es por esto que existe un gran interés por el desarrollo de métodos inteligentes que sean capaces de analizar automáticamente los extensos catálogos de curvas de luz. En el presente trabajo de memoria se propone y prueba una metodología para la detección automática de período orbital en series de tiempo astronómicas, basada en la correntropía y su espectro de potencia. La correntropía es una medida de similitud en un espacio de alta dimensionalidad entre muestras separadas en el tiempo en el espacio de entrada. La correntropía también puede definirse como una generalización de la auto-correlación ya que es capaz de detectar no linealidades y no está restringida a procesos Gaussianos. El método propuesto combina la densidad espectral de la correntropía con la técnica de folding, la técnica del ranurado, y otras técnicas convencionales de análisis de señales. La aplicación propuesta en esta memoria de título está enfocada a un aspecto del análisis de curvas de luz, el cual corresponde a la detección de período de estrellas variables periódicas. El método desarrollado se prueba sobre una base de datos de 193 curvas de luz de estrellas binarias eclipsantes obtenidas del proyecto MACHO y cuyo período es conocido. La mejor versión de la implementación desarrollada obtiene un 58% de aciertos (91% si se consideran los múltiplos), superando a la auto-correlación convencional (20% de aciertos) y a una batería de aplicaciones de detección de período en curvas de luz compuesta por Period04, SigSpec y VarTools (todas disponibles en la literatura). Sin embargo, el desempeño del método debe ser mejorado si se desea aplicar en bases de datos de tamaño real. Por lo tanto se propone una serie de modificaciones, entre las que se incluye: Incorporar una etapa de ajuste fino de períodos candidatos; diseñar una métrica de calidad basada en la entropía cuadrática de Renyi; y diseñar una estrategia para escoger los parámetros de los kernel utilizados.

Doctor en Ingeniería Eléctrica / The analysis of time-variable astronomical phenomena is of great interest as it helps to improve our understanding of the structure and topology of our Universe, the mechanisms of galaxy and stellar evolution, etc. The basic tool to study variability in the sky is the light curve. Light curves are time series of stellar brightness and their analysis reveals key information about the physics behind the variable phenomena. Periodic variable stars are particularly interesting. Periodic variable stars are used to estimate the size and distance-scales of our Universe, and the period is a key parameter for stellar parameter estimation, stellar classification and exoplanet detection. The precise estimation of the period is critical in order to accomplish these scientific tasks. Astronomy is experiencing a paradigm change due to the extent volumes of data generated by current astronomical surveys. In less than 10 years, hundreds of Petabytes of astronomical images and time series catalogs will be produced. Conventional astronomy does not possess the tools required for this massive data mining operation. Nowadays there is a growing need for methods with solid statistical background to do automatic astronomical time series analysis. These methods need to be robust, fully-automated and computationally efficient. In this doctoral research I developed methods for periodicity detection and period estimation in light curves that are based on information theoretic concept of correntropy and advanced signal processing techniques. These methods are intended for automatic and efficient periodic light curve discrimination in large astronomical databases. Correntropy is a generalization of the conventional correlation to higher order statistics. In this thesis I propose the slotted correntropy estimator, the correntropy kernelized periodogram (CKP) and the correntropy non-negative matrix factorization spectrum (CNMFS). The slotted correntropy extends correntropy to unevenly sampled time series such as light curves. The CKP is a generalized periodogram that can be computed directly from the samples without regards on their sampling. The CNMFS is a high resolution spectrum that is localized on the fundamental frequency of the process. The results presented in this thesis show that information theoretic based criteria perform better than conventional methods used in astronomy such as the LS periodogram, analysis of variance, string length and the slotted autocorrelation function (second-order methods). Including the higher-order moments of the time series into the estimation makes the proposed information-theoretic methods more robust against noise and outliers, giving them the upper hand in term of the precision of the detected periods. The proposed methods are also general as they do not pose any assumption on the underlying periodic signal (e.g. sum of sine-waves), and can be adapted heuristically (CKP) or automatically (CNMFS) to different periodic light curve shapes. The proposed methods are less prone to return a harmonic, sub-harmonic or an alias of the underlying period, a usual problem with conventional methods. The results also show that the proposed methods are more robust and less dependant on the number of samples and the time span of the light curve, i.e. the period can be recovered even if few samples or only a short piece of the light curve is available. This suggests that these methods may outperform conventional methods for early or online periodicity discrimination on surveys that are currently operating (VVV, DECam). El análisis de fenómenos astronómicos variables en el tiempo es de gran interés científico pues ayuda a mejorar nuestro entendimiento de la estructura y topología de nuestro Universo, los mecanismos de evolución estelar, etc. La herramienta básica para estudiar variabilidad celeste es la curva de luz. Las curvas de luz son series de tiempo de brillo estelar y su análisis revela información clave sobre los procesos físicos tras el fenómeno variable. Las estrellas variables periódicas son particularmente interesantes, pues se usan para estimar el tamaño y las escalas de distancia en nuestro Universo, y su período es un parámetro clave para la estimación de otros parámetros estelares como la masa y el radio, para la clasificación estelar y la detección de exoplanetas. Una estimación precisa del período es crítica para el cumplimiento de estas tareas científicas. La astronomía está experimentando un cambio de paradigma debido a los extensos volúmenes de datos generados por los sondeos astronómicos actuales. En menos de 10 años, se producirán cientos de Petabytes de imágenes astronómicas y catálogos de series tiempo. La astronomía convencional no posee las herramientas que se requieren para esta operación masiva de minería de datos. Hoy en día existe una creciente necesidad por métodos con sólidas bases estadísticas para realizar análisis automático de series de tiempo astronómicas. Los métodos han de ser robustos, completamente automáticos y computacionalmente eficientes. En esta investigación doctoral he desarrollado métodos para detección de periodicidad y estimación de período en curvas de luz que están basados en conceptos de teoría de la información de correntropía y técnicas avanzadas de procesamiento de señales. Estos métodos fueron desarrollados teniendo en mente el procesamiento eficiente de grandes bases de datos de curvas de luz. La correntropía es una generalización de la correlación convencional a estadísticos de alto orden. En esta tesis propongo la correntropía ranurada, el periodograma kernelizado de correntropía (CKP) y el espectro de correntropía mediante factorización no-negativa de matrices (CNMFS). La correntropía ranurada extiende la correntropía a series de tiempo con muestreo irregular tales como las curvas de luz. El CKP es un periodograma generalizado que puede computarse directamente de las muestras sin importar su muestreo. El CNMFS es un espectro de alta resolución que está localizado en la frecuencia fundamental del proceso. Los resultados presentados en esta tesis muestran que los criterios basados en teoría de la información tienen un desempeño superior a los métodos convencionales usados en astronomía tales como el periodograma LS, análisis de varianza, string lengh y la función de correlación ranurada (métodos de segundo orden). Incluir los momentos de alto orden de la serie de tiempo hace que los métodos propuestos sean más robustos al ruido y a los outliers, lo cual a su vez se traduce en una mayor precisión en la detección de período. Los métodos propuestos son generales, en el sentido de que no hacen supuestos sobre la señal periódica subyacente (e.g. suma de señales sinusoidales), y pueden ser adaptados heurísticamente (CKP) o automáticamente (CNMFS) a diferentes tipos de periodicidad. Los métodos propuestos son menos propensos a entregar un armónico, sub-armónico o alias del período subyacente, un problema usual de los métodos convencionales. Los resultados muestran que los métodos propuestos son más robustos y menos dependientes del número de muestras y del tiempo total de la curva de luz, es decir, el período puede ser recuperado incluso si pocas muestras o un segmento corto de la curva de luz está disponible. Esto sugiere que los métodos propuestos pueden funcionar mejor que los métodos convencionales para discriminación temprana u online de periodicidad en sondeos que están operando actualmente (VVV, DECam).

As estrelas anãs brancas e pré-anãs brancas pulsantes apresentam pulsações não-radiais, multiperíodicas. Os períodos dos modos de pulsação dependem de parâmetros físicos da estrela, como a massa, a temperatura efetiva da superfície, a luminosidade, e da sua estrutura interna. À medida que a estrela evolui, os períodos de pulsação mudam em resposta às alterações em sua estrutura interna. O estudo dos modos de pulsação nos permite estimar parâmetros físicos da estrela, como a massa, por exemplo, e a medida das variações nos períodos dos modos de pulsação revelam as escalas de tempo de evolução. Nesse trabalho, estudamos duas estrelas: a PG 1159-035 e a G117-BI5A. Cada uma delas está próxima de um dos extremos da trilha evolutiva das estrelas anãs-brancas. A PG 1159-035 é uma pré-anã branca, prestes a se tornar uma anã-branca e é o protótipo de uma classe de estrelas com características espectrais similares, as estrelas PG 1159. A temperatura efetiva em sua superfície é muito alta, cerca de 130000 K. Por ser tão quente, a PG 1159-035 está evoluindo rapidamente a ponto das variações em seus períodos de pulsação poderem ser medidas diretamente em um intervalo de poucos anos. A construção de modelos adequados para estrelas PG 1159 é um desafio para a astronomia moderna, pois o número de estrelas conhecidas desse tipo é muito pequeno e pouco se sabe sobre sua história pregressa imediata e sua estrutura interna. A G117-BI5A é uma anã branca que já percorreu a seqüência evolutiva das anã brancas e está esfriando lentamente. É uma representante da classe das DAVs. O período de 215 s de seu principal modo de pulsação está variando 1 segundo a cada 8 milhões de anos, o que faz da G117-B15A um dos mais estáveis relógios conhecidos. A partir da análise dos periodogramas das curvas de luz da PG 1159-035 obtidas entre 1983 e 2002 identificamos 198 modos de pulsação, 76 modos a mais do que os encontrados em trabalhos anteriores. Com base no espaçamento médio entre períodos, calculamos a massa da estrela, M/ M0 = 0.586 :I: 0.001. O estudo do espaçamento médio também revelou a presença de modos amarrados, o que sugere que o interior da estrela já apresenta um certo grau de estratificação e nos possibilitou calcular a posição da zona de transição na composição interna da estrela, rc/ R* = 0.83 ± 0.05. Adicionalmente, foi feita a medida da variação temporal, P, dos sete mais estáveis períodos de pulsação (e de dezenas de outros, porém com uma precisão menor). Até então, apenas o P do modo de maior amplitude da PG 1159-035 (516 s) era conhecido. Os valores encontrados para os Pestão entre 10-11 e 10-10 ss-l, sugerindo que a escala de tempo de evolução da PG 1159-035é de '" 1.4 x 106anos, de acordo com as previsões teóricas. Os resultados obtidos trazem alguns insights e oferecem restrições para futuros modelos para estrelas da classe PG 1159. Para a G117-BI5A, calculamos a taxa de variação temporal do modo principal de 215 s e dos dois outros modos de maior amplitude (270 s e 390 s). Para o modo de 215 s, obtivemos P = (+4.72 ± 0.80) x 10-1588-1. Para os modos de 270 s e 390 s os resultados foram: P = (+36.0 ± 7.2) x 1O-158S-1 e P = (+74.3 ± 15.2) x 10-15 S8-1, respectivamente, ou seja, 10 a 20 vezes mais rápido. / The pulsating white dwarf and pre-white dwarf stars show non-radial multi-periodic pulsations. The periods of the pulsation modes depend on physical parameters of the star, such as mass, effective temperature on its surface, luminosity, and internal structure. As the star evolves, the pulsation periods change in response to the changes in the internal structure. The study of pulsation modes allows us to estimate physical stellar parameters of the star, like the mass, for example, and the measurement of the secular periods variation determinates the evolutionary timescales. ln this work, two stars are studied: PG 1159-035 and G117-B15A. Each of them is near one of the extreme points of the white dwarfs evolutionary path. PG 1159-35 is a pre-white dwarf, a future white dwarf, and is the prototype of a class of stars with similar spectral features, the PG 1159 class. Its effective temperature is very high, around of 130000 K and, for this reason, it is rapidly evolving, to the point that the changes of its pulsation periods can be directly measured in a few years interval. The construction of adequate models for PG 1159 stars is a challenge for modern astronomy, due to the fact that few stars of this class are known and that its early immediate history and internal structure are scantily known. G117-B15A is a white dwarf that has already passed through the evolutionary sequence of the white dwarfs and is cooling slowly for almost a Gyear. Its is a member of the DAV class of stars. The period of 215 s of its main pulsation mode is changing 1 second each 8 million years; this makes the G117-B15A one of the most stable clocks known. From the analysis ofthe periodograms ofthe light curves ofPG 1159-035 obtained between 1983 and 2002, 198 pulsation modes were identified, 76 more modes than found in previous works. Based on the average spacing between periods, the stellar mass was calculated, M/M0 = 0.586 ± 0.001. The study of the average spacing also revealed the presence of trapped modes, which suggest that the inside of the star is stratified and allowed the calculation of the position of the compositional transition zone in the interior of the star: rc/R = 0.83 ± 0.05. Additionally, we measured the secular change, P, of the seven more stable pulsation periods (and tens of others, but with smaller precision). Until now, only the P of the mode with highest amplitude of PG 1159-035 (516 s) was known. The values found for P are between 10-11 and 11- 10 ss-1, suggesting that the PG 1159-035 evolutionary timescale is of '" 1.4 x 106 years, in accordance with the predictions of the current models for PG 1159 stars. The results give us some insights and constraints for future models of stars of this c1ass. For G117-B15A, we calculated the P of the main pulsation mode of 215 s and of two other modes (270 s and 304 s). For the 215 s mode, we obtained P= (+4.72 ± 0.80) x 10-1588-1. The results for the modes of 270 s and 304 sare: P = (+36.0 ± 7.2) x 10-1588-1 and P = (+ 74.3 ± 15.2) x 10-1588-1, respectively, i.e., 10 to 20 times higher.

As estrelas anãs brancas e pré-anãs brancas pulsantes apresentam pulsações não-radiais, multiperíodicas. Os períodos dos modos de pulsação dependem de parâmetros físicos da estrela, como a massa, a temperatura efetiva da superfície, a luminosidade, e da sua estrutura interna. À medida que a estrela evolui, os períodos de pulsação mudam em resposta às alterações em sua estrutura interna. O estudo dos modos de pulsação nos permite estimar parâmetros físicos da estrela, como a massa, por exemplo, e a medida das variações nos períodos dos modos de pulsação revelam as escalas de tempo de evolução. Nesse trabalho, estudamos duas estrelas: a PG 1159-035 e a G117-BI5A. Cada uma delas está próxima de um dos extremos da trilha evolutiva das estrelas anãs-brancas. A PG 1159-035 é uma pré-anã branca, prestes a se tornar uma anã-branca e é o protótipo de uma classe de estrelas com características espectrais similares, as estrelas PG 1159. A temperatura efetiva em sua superfície é muito alta, cerca de 130000 K. Por ser tão quente, a PG 1159-035 está evoluindo rapidamente a ponto das variações em seus períodos de pulsação poderem ser medidas diretamente em um intervalo de poucos anos. A construção de modelos adequados para estrelas PG 1159 é um desafio para a astronomia moderna, pois o número de estrelas conhecidas desse tipo é muito pequeno e pouco se sabe sobre sua história pregressa imediata e sua estrutura interna. A G117-BI5A é uma anã branca que já percorreu a seqüência evolutiva das anã brancas e está esfriando lentamente. É uma representante da classe das DAVs. O período de 215 s de seu principal modo de pulsação está variando 1 segundo a cada 8 milhões de anos, o que faz da G117-B15A um dos mais estáveis relógios conhecidos. A partir da análise dos periodogramas das curvas de luz da PG 1159-035 obtidas entre 1983 e 2002 identificamos 198 modos de pulsação, 76 modos a mais do que os encontrados em trabalhos anteriores. Com base no espaçamento médio entre períodos, calculamos a massa da estrela, M/ M0 = 0.586 :I: 0.001. O estudo do espaçamento médio também revelou a presença de modos amarrados, o que sugere que o interior da estrela já apresenta um certo grau de estratificação e nos possibilitou calcular a posição da zona de transição na composição interna da estrela, rc/ R* = 0.83 ± 0.05. Adicionalmente, foi feita a medida da variação temporal, P, dos sete mais estáveis períodos de pulsação (e de dezenas de outros, porém com uma precisão menor). Até então, apenas o P do modo de maior amplitude da PG 1159-035 (516 s) era conhecido. Os valores encontrados para os Pestão entre 10-11 e 10-10 ss-l, sugerindo que a escala de tempo de evolução da PG 1159-035é de '" 1.4 x 106anos, de acordo com as previsões teóricas. Os resultados obtidos trazem alguns insights e oferecem restrições para futuros modelos para estrelas da classe PG 1159. Para a G117-BI5A, calculamos a taxa de variação temporal do modo principal de 215 s e dos dois outros modos de maior amplitude (270 s e 390 s). Para o modo de 215 s, obtivemos P = (+4.72 ± 0.80) x 10-1588-1. Para os modos de 270 s e 390 s os resultados foram: P = (+36.0 ± 7.2) x 1O-158S-1 e P = (+74.3 ± 15.2) x 10-15 S8-1, respectivamente, ou seja, 10 a 20 vezes mais rápido. / The pulsating white dwarf and pre-white dwarf stars show non-radial multi-periodic pulsations. The periods of the pulsation modes depend on physical parameters of the star, such as mass, effective temperature on its surface, luminosity, and internal structure. As the star evolves, the pulsation periods change in response to the changes in the internal structure. The study of pulsation modes allows us to estimate physical stellar parameters of the star, like the mass, for example, and the measurement of the secular periods variation determinates the evolutionary timescales. ln this work, two stars are studied: PG 1159-035 and G117-B15A. Each of them is near one of the extreme points of the white dwarfs evolutionary path. PG 1159-35 is a pre-white dwarf, a future white dwarf, and is the prototype of a class of stars with similar spectral features, the PG 1159 class. Its effective temperature is very high, around of 130000 K and, for this reason, it is rapidly evolving, to the point that the changes of its pulsation periods can be directly measured in a few years interval. The construction of adequate models for PG 1159 stars is a challenge for modern astronomy, due to the fact that few stars of this class are known and that its early immediate history and internal structure are scantily known. G117-B15A is a white dwarf that has already passed through the evolutionary sequence of the white dwarfs and is cooling slowly for almost a Gyear. Its is a member of the DAV class of stars. The period of 215 s of its main pulsation mode is changing 1 second each 8 million years; this makes the G117-B15A one of the most stable clocks known. From the analysis ofthe periodograms ofthe light curves ofPG 1159-035 obtained between 1983 and 2002, 198 pulsation modes were identified, 76 more modes than found in previous works. Based on the average spacing between periods, the stellar mass was calculated, M/M0 = 0.586 ± 0.001. The study of the average spacing also revealed the presence of trapped modes, which suggest that the inside of the star is stratified and allowed the calculation of the position of the compositional transition zone in the interior of the star: rc/R = 0.83 ± 0.05. Additionally, we measured the secular change, P, of the seven more stable pulsation periods (and tens of others, but with smaller precision). Until now, only the P of the mode with highest amplitude of PG 1159-035 (516 s) was known. The values found for P are between 10-11 and 11- 10 ss-1, suggesting that the PG 1159-035 evolutionary timescale is of '" 1.4 x 106 years, in accordance with the predictions of the current models for PG 1159 stars. The results give us some insights and constraints for future models of stars of this c1ass. For G117-B15A, we calculated the P of the main pulsation mode of 215 s and of two other modes (270 s and 304 s). For the 215 s mode, we obtained P= (+4.72 ± 0.80) x 10-1588-1. The results for the modes of 270 s and 304 sare: P = (+36.0 ± 7.2) x 10-1588-1 and P = (+ 74.3 ± 15.2) x 10-1588-1, respectively, i.e., 10 to 20 times higher.

As estrelas anãs brancas e pré-anãs brancas pulsantes apresentam pulsações não-radiais, multiperíodicas. Os períodos dos modos de pulsação dependem de parâmetros físicos da estrela, como a massa, a temperatura efetiva da superfície, a luminosidade, e da sua estrutura interna. À medida que a estrela evolui, os períodos de pulsação mudam em resposta às alterações em sua estrutura interna. O estudo dos modos de pulsação nos permite estimar parâmetros físicos da estrela, como a massa, por exemplo, e a medida das variações nos períodos dos modos de pulsação revelam as escalas de tempo de evolução. Nesse trabalho, estudamos duas estrelas: a PG 1159-035 e a G117-BI5A. Cada uma delas está próxima de um dos extremos da trilha evolutiva das estrelas anãs-brancas. A PG 1159-035 é uma pré-anã branca, prestes a se tornar uma anã-branca e é o protótipo de uma classe de estrelas com características espectrais similares, as estrelas PG 1159. A temperatura efetiva em sua superfície é muito alta, cerca de 130000 K. Por ser tão quente, a PG 1159-035 está evoluindo rapidamente a ponto das variações em seus períodos de pulsação poderem ser medidas diretamente em um intervalo de poucos anos. A construção de modelos adequados para estrelas PG 1159 é um desafio para a astronomia moderna, pois o número de estrelas conhecidas desse tipo é muito pequeno e pouco se sabe sobre sua história pregressa imediata e sua estrutura interna. A G117-BI5A é uma anã branca que já percorreu a seqüência evolutiva das anã brancas e está esfriando lentamente. É uma representante da classe das DAVs. O período de 215 s de seu principal modo de pulsação está variando 1 segundo a cada 8 milhões de anos, o que faz da G117-B15A um dos mais estáveis relógios conhecidos. A partir da análise dos periodogramas das curvas de luz da PG 1159-035 obtidas entre 1983 e 2002 identificamos 198 modos de pulsação, 76 modos a mais do que os encontrados em trabalhos anteriores. Com base no espaçamento médio entre períodos, calculamos a massa da estrela, M/ M0 = 0.586 :I: 0.001. O estudo do espaçamento médio também revelou a presença de modos amarrados, o que sugere que o interior da estrela já apresenta um certo grau de estratificação e nos possibilitou calcular a posição da zona de transição na composição interna da estrela, rc/ R* = 0.83 ± 0.05. Adicionalmente, foi feita a medida da variação temporal, P, dos sete mais estáveis períodos de pulsação (e de dezenas de outros, porém com uma precisão menor). Até então, apenas o P do modo de maior amplitude da PG 1159-035 (516 s) era conhecido. Os valores encontrados para os Pestão entre 10-11 e 10-10 ss-l, sugerindo que a escala de tempo de evolução da PG 1159-035é de '" 1.4 x 106anos, de acordo com as previsões teóricas. Os resultados obtidos trazem alguns insights e oferecem restrições para futuros modelos para estrelas da classe PG 1159. Para a G117-BI5A, calculamos a taxa de variação temporal do modo principal de 215 s e dos dois outros modos de maior amplitude (270 s e 390 s). Para o modo de 215 s, obtivemos P = (+4.72 ± 0.80) x 10-1588-1. Para os modos de 270 s e 390 s os resultados foram: P = (+36.0 ± 7.2) x 1O-158S-1 e P = (+74.3 ± 15.2) x 10-15 S8-1, respectivamente, ou seja, 10 a 20 vezes mais rápido. / The pulsating white dwarf and pre-white dwarf stars show non-radial multi-periodic pulsations. The periods of the pulsation modes depend on physical parameters of the star, such as mass, effective temperature on its surface, luminosity, and internal structure. As the star evolves, the pulsation periods change in response to the changes in the internal structure. The study of pulsation modes allows us to estimate physical stellar parameters of the star, like the mass, for example, and the measurement of the secular periods variation determinates the evolutionary timescales. ln this work, two stars are studied: PG 1159-035 and G117-B15A. Each of them is near one of the extreme points of the white dwarfs evolutionary path. PG 1159-35 is a pre-white dwarf, a future white dwarf, and is the prototype of a class of stars with similar spectral features, the PG 1159 class. Its effective temperature is very high, around of 130000 K and, for this reason, it is rapidly evolving, to the point that the changes of its pulsation periods can be directly measured in a few years interval. The construction of adequate models for PG 1159 stars is a challenge for modern astronomy, due to the fact that few stars of this class are known and that its early immediate history and internal structure are scantily known. G117-B15A is a white dwarf that has already passed through the evolutionary sequence of the white dwarfs and is cooling slowly for almost a Gyear. Its is a member of the DAV class of stars. The period of 215 s of its main pulsation mode is changing 1 second each 8 million years; this makes the G117-B15A one of the most stable clocks known. From the analysis ofthe periodograms ofthe light curves ofPG 1159-035 obtained between 1983 and 2002, 198 pulsation modes were identified, 76 more modes than found in previous works. Based on the average spacing between periods, the stellar mass was calculated, M/M0 = 0.586 ± 0.001. The study of the average spacing also revealed the presence of trapped modes, which suggest that the inside of the star is stratified and allowed the calculation of the position of the compositional transition zone in the interior of the star: rc/R = 0.83 ± 0.05. Additionally, we measured the secular change, P, of the seven more stable pulsation periods (and tens of others, but with smaller precision). Until now, only the P of the mode with highest amplitude of PG 1159-035 (516 s) was known. The values found for P are between 10-11 and 11- 10 ss-1, suggesting that the PG 1159-035 evolutionary timescale is of '" 1.4 x 106 years, in accordance with the predictions of the current models for PG 1159 stars. The results give us some insights and constraints for future models of stars of this c1ass. For G117-B15A, we calculated the P of the main pulsation mode of 215 s and of two other modes (270 s and 304 s). For the 215 s mode, we obtained P= (+4.72 ± 0.80) x 10-1588-1. The results for the modes of 270 s and 304 sare: P = (+36.0 ± 7.2) x 10-1588-1 and P = (+ 74.3 ± 15.2) x 10-1588-1, respectively, i.e., 10 to 20 times higher.

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-04-11T21:04:13Z No. of bitstreams: 1 FrancysAnthonyDaSilva_TESE.pdf: 24221933 bytes, checksum: 6faeca948dd2d6e389478d48e77dae3e (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-04-17T21:24:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 FrancysAnthonyDaSilva_TESE.pdf: 24221933 bytes, checksum: 6faeca948dd2d6e389478d48e77dae3e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-04-17T21:24:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 FrancysAnthonyDaSilva_TESE.pdf: 24221933 bytes, checksum: 6faeca948dd2d6e389478d48e77dae3e (MD5) Previous issue date: 2017-12-01 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A questão de quão singular o Sol aparenta ser quando o comparamos com uma classe de estrelas de tipo solar, em termos da sua atividade e rotação, tem sido objeto de uma intensa investigação nas últimas três décadas. Recentemente, os telescópios espaciais CoRoT e Kepler observaram inúmeras estrelas (163 mil estrelas com o CoRoT e 400 mil estrelas com o Kepler) com uma riqueza e precisão sem precedentes, nos dando a oportunidade de estudar a rotação e a variabilidade estelar com base em curvas de luz para milhares de estrelas de tipo solar (tipos F, G e K). As curvas de luz para estas classes de estrelas geralmente mostram flutuações devido à modulação rotacional originadas por características magnéticas (manchas e/ou fáculas) na superfície estelar, como também dependem da intensidade do ciclo magnético. Nesta Tese, apresentamos medidas do período de rotação de inúmeras estrelas que encontram-se na vizinhança solar e que foram observadas pelos satélites CoRoT e Kepler. Os períodos de rotação foram detectados unificando as técnicas de função de autocorrelação, periodograma Lomb-Scargle e wavelet. Neste sentido, identificamos também, um conjunto de estrelas análogas e gêmeas solares da missão Kepler, de onde derivamos seus períodos de rotação e idades com base na girocronologia. Utilizamos um perfil do tipo semi-Lorentziano para modelar o espectro de potência de uma estrela de forma a encontrar um indicador da atividade estelar. Com base na física solar, comparamos a variabilidade temporal da irradiância solar total (TSI) com a variação do período de rotação solar determinado ao longo de um ciclo solar. Utilizamos esta analise na interpretação da variabilidade das curvas de luz dos satélites CoRoT e Kepler, para tentar conectar as estruturas responsáveis pela evolução intrínseca da modulação das curvas de luz, bem como determinar o impacto do ciclo magnético nas medidas do período de rotação das estrelas do tipo F, G e K. / The question of how singular the Sun appears to be when compared to a class of solar-like stars in terms of their activity and rotation has been the subject of intense research over the last three decades. Recently, CoRoT and Kepler space telescopes have observed countless stars (163,000 stars with CoRoT and 400,000 stars with Kepler) with unprecedented richness and accuracy, giving us the opportunity to study rotation and stellar variability based on curves of light for thousands of solar-type stars (types F, G and K). Light curves for these classes of stars usually show fluctuations due to rotational modulation caused by magnetic characteristics (starspots and/or faculae) on the stellar surface, but also depend on the intensity of the magnetic cycle. In this thesis, we present measurements of the period of rotation of numerous stars that are in the solar neighbourhood and that were observed by CoRoT and Kepler satellites. The rotation periods were detected by unifying the autocorrelation function, Lomb-Scargle periodogram and wavelet. In this sense, we also identify a set of analog and twin solar stars of the Kepler mission, from which we derive their rotation periods and ages based on the gyrochronology. We used a semi- Lorentzian-type profile to model the power spectrum of a star in order to find an indicator of stellar activity. Based on solar physics, we compared the temporal variability of total solar irradiance (TSI) with the variation of the solar rotation period determined over a solar cycle. We used this analysis in the interpretation of the variability of the CoRoT and Kepler light curves to understand the connection between the structures responsible for the intrinsic evolution of the light curve modulation, as well as to determine the impact of the magnetic cycle on the measurements of the rotation period for F, G and K type stars.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:14:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JennyPBC_DISSERT.pdf: 5521359 bytes, checksum: 4fe56147d328fd779a49b4802497080b (MD5) Previous issue date: 2010-12-30 / One of the main goals of CoRoT Natal Team is the determination of rotation period for thousand of stars, a fundamental parameter for the study of stellar evolutionary histories. In order to estimate the rotation period of stars and to understand the associated uncertainties resulting, for example, from discontinuities in the curves and (or) low signal-to-noise ratio, we have compared three different methods for light curves treatment. These methods were applied to many light curves with different characteristics. First, a Visual Analysis was undertaken for each light curve, giving a general perspective on the different phenomena reflected in the curves. The results obtained by this method regarding the rotation period of the star, the presence of spots, or the star nature (binary system or other) were then compared with those obtained by two accurate methods: the CLEANest method, based on the DCDFT (Date Compensated Discrete Fourier Transform), and the Wavelet method, based on the Wavelet Transform. Our results show that all three methods have similar levels of accuracy and can complement each other. Nevertheless, the Wavelet method gives more information about the star, from the wavelet map, showing the variations of frequencies over time in the signal. Finally, we discuss the limitations of these methods, the efficiency to give us informations about the star and the development of tools to integrate different methods into a single analysis / Um dos principais objetivos do Grupo do CoRoT de Natal ? a determina??o do per?odo de rota??o para milhares de estrelas, um par?metro fundamental para o estudo da hist?ria evolutiva estelar. Para estimar o per?odo de rota??o das estrelas e compreender as incertezas associadas resultantes, por exemplo, das descontinuidades nas curvas e (ou) das baixas raz?es sinal-ru?do, comparamos tr?s diferentes m?todos para o tratamento das curvas de luz nesta disserta??o. Estes m?todos foram aplicados na an?lise de curvas de luz com diferentes caracter?sticas. Primeiro, uma An?lise Visual foi realizada para cada curva de luz, dando uma perspectiva geral sobre os diferentes fen?menos destacados nas curvas. Os resultados obtidos por este m?todo em rela??o ao per?odo de rota??o da estrela, a presen?a de manchas, ou a natureza da estrela (sistema bin?rio ou outro) foram ent?o comparados com aqueles obtidos por outros dois m?todos mais precisos: o m?todo CLEANest, com base na DCDFT (Date Compensated Discrete Fourier Transform), e o m?todo Wavelet, com base na Transformada Wavelet. Nossos resultados mostram que os tr?s m?todos apresentam n?veis similares de precis?o e cada um pode complementar o outro. No entanto, o m?todo Wavelet pode fornecer informa??es adicionais sobre a estrela estudada, a partir do mapa wavelet, mostrando as varia??es de freq??ncias no sinal ao longo do tempo. Finalmente, discutimos as limita??es destes m?todos, os n?veis de efici?ncia em fornecer informa??es sobre a estrela, bem como o poss?vel desenvolvimento de ferramentas para integrar m?todos diferentes em uma ?nica an?lise

Magíster en Ciencias, Mención Computación / En la presente era de datos masivos, la astronomía requiere de herramientas automatizadas para el análisis de información asociada al comportamiento de objetos a lo largo del tiempo. El desarrollo de proyectos de observación sinópticos plantea muchos desafíos en lo que respecta a obtener descripciones relevantes de los aspectos subyacentes de muchos procesos variables en el tiempo. En particular, el estudio de los Núcleos Activos de Galaxia (AGN) resulta de especial interés; dado su comportamiento estocástico en el tiempo y la singular estructura en la variación temporal de su emisión electromagnética. El uso de algoritmos de aprendizaje computacional ha sido de gran éxito en aspectos de identificación de objetos según su morfología y análisis espectral; es de mucho valor el replicar esos resultados en el análisis de dominio temporal. Con este fin es que se puso a prueba distintas configuraciones de arquitecturas de algoritmos de Deep Learning, en particular Convolutional Neural Networks y Recurrent Neural Networks, con el fin de realizar tareas de clasificación de AGN a partir de sus curvas de luz. Estos se pusieron a prueba sobre datos simulados mediante un modelo matemático y sobre 6102 curvas de luz reales obtenidas a partir de observaciones de los campos extragalácticos COSMOS, Stripe82 y XMM-LSS. Los resultados fueron favorables sobre datos simulados, alcanzando un puntaje ROC AUC máximo de 0.96, pero no así sobre datos reales, donde el puntaje máximo alcanzado fue de 0.55 ROC AUC. Esta diferencia puede explicarse debido al reducido número de datos reales del que se dispuso a la hora de entrenar los distintos clasificadores, y a que el modelo de simulación permitió generar un mucho mayor número de curvas de entrenamiento, lo cual permitió un mucho mejor aprendizaje a partir de estas. El presente trabajo entregó información cuantitativa sobre lo importantes que son ciertas características de las curvas de luz, en particular la regularidad de su muestreo y el número de observaciones, en el desempeño de estos tipos de modelos de clasificación de Deep Learning. Junto con esto, se plantea un flujo en el procedimiento de manejo de datos de curvas de luz para clasificación, desde su recolección desde archivos de formato estándar (FITS) hasta la validación de los modelos, que puede ser reutilizado en el futuro en aplicaciones de Deep Learning sobre series de tiempo. Se sugiere, además, el añadir en próximas implementaciones métodos para manejo de incertidumbre debido a ausencia de mediciones, tales como modelos gráficos, de estado oculto o estocásticos.