Doctor en Ciencias, Mención Astronomía / La idea principal de esta tesis es el análisis de los espectros ópticos de las supernovas de tipo II (SNs II) y sus correlaciones con los parámetros fotométricos. Este análisis se basa en la caracterización de la diversidad espectral y el uso de esta para entender de una mejor forma los mecanismos físicos que involucran a las SNs II. Un objetivo clave es vincular la evolución transitoria a las propiedades del progenitor antes de la explosión. Para este propósito utilizo 893 espectros ópticos (entre 3 y 363 días) de 123 SNs II que se obtuvieron entre 1986 y 2009. Con el fin de comparar consistentemente las propiedades observadas de las SNs II, es necesario tener una época común. Para ello, estimo las fechas de explosión usando imágenes antes de la explosión y del descubrimiento y la técnica de ajuste espectral, los cuales muestran muy buenos resultados. Centrándome en el perfil P-Cygni de Hα , encuentro que SNs con menor componente de absorción con respecto a la emisión (valores pequeños en a/e), son más brillantes en el máximo, tienen una tasa de declinación más rápida en las curvas de luz, duraciones más cortas en la fase opticamente gruesa y velocidades de expansión más altas. Teniendo en cuenta estos resultados, sugiero que las diferencias entre las SNs de rápido declive (IIL) y las SNs con meseta (IIP) están relacionados con la masa de la envoltura de hidrógeno al momento de la explosión. Expandiendo el análisis a la cobertura total de los espectros, analizo la aparición de las líneas de Fe II y su evolución con el tiempo con respecto a las diferencias en a/e y la velocidad de Hα en una época dada, la magnitud en el máximo, la la tasa de declive, y la metalicidad del medio. Especulo que la evolución de líneas podría indicar diferencias en las temperaturas y/o metalicidad. Además, encuentro un componente adicional de absorción en el lado azul de Hα . Concluyo de que este componente en los espectros tempranos está asociado a Si II λ6355, mientras que en la fase de la meseta está relacionado con una característica de alta velocidad en las líneas de hidrógeno, las cuales podrían indicar señales de interacción entre el material expulsado y el viento de la supergigante roja. Por otro lado, la presencia de Si II podría estar relacionada con el radio progenitor. Analizando las propiedades espectrales y sus correlaciones con parámetros fotométricos, encuentro que SNs con velocidades más altas son más brillantes, tienen seudo-anchos equivalentes más pequeños, tasas de declive más rápidas, duraciones más cortas en la fase opticamente gruesa y en la meseta y masas de niquel más altas. Relacionando estos parámetros con las propiedades físicas de la explosión y del progenitor, especulo que la duración de la meseta está relacionado con la masa de la envoltura de hidrógeno, la tasa de declive en la curva de luz está relacionada con el radio del progenitor, y las velocidades de expansión del material expulsado con la energía de la explosión.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Eléctrica. Ingeniero Civil Eléctrico / El reciente surgimiento de telescopios astronómicos enormes abre nuevas posibilidades para estudios astrofísicos, con los correspondientes desafíos respecto al análisis masivo de datos. Tomando ventaja de estas nuevas tecnologías, el Sondeo de Transitorios de Alta Cadencia (HiTS por sus sigla en inglés) ha desarrollado una secuencia de algoritmos para detectar fenómenos astrofísicos transitorios, como supernovas, analizando objetos extraídos directamente de imágenes del telescopio en tiempo real. En esta tesis, se presenta un nuevo método complementario para detectar supernovas de luminosidad débil, de baja razón señal a ruido, que discrimina la evolución de luminosidades de pixeles filtrando la secuencia de imágenes. El método propuesto se basa en el Filtro de Correntropía (FC), que es una extensión no lineal del clásico Filtro de Kalman. El FC usa una función de costo del campo de la Teoría de Información llamada Correntropía Cruzada, que es robusta ante artefactos y outliers, que son abundantes en mediciones astronómicas. El método propuesto fue probado en los sondeos de HiTS y los resultados muestran que es capaz de redescubrir la mayoría de las supernovas en las épocas de alta cadencia. Además, se han encontrado diecisiete nuevas supernovas no detectadas anteriormente en HiTS. El análisis de secuencias de imágenes permite reducir el número de falsos positivos al costo de una detección más tardía. / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por el Instituto Milenio de Astrofísica

En el presente trabajo se estudió una muestra de 28 Supernovas tipo Ia (SNe Ia) observadas en los filtros ópticos BV u′ g ′ r′ i′ durante el transcurso de la primera y segunda campañas del Carnegie Supernova Project (CSP) con el objetivo de analizar sus propiedades como patrones lumínicos estandares. Las posibles fuentes de ”contaminación” que interfieren al estudiar las propiedades intrínsecas de estos objetos, éstas son: enrojecimiento en la galaxia donde ocurre la SN, corrimiento al rojo debido a la expansión del universo, enrojecimiento en nuestra propia galaxia, además de distorciones producidas en el sistema instrumental del telescopio. Para cada una de estas distorciones se calcularon correcciones, las que posteriormente fueron aplicadas a la muestra de objetos, analizando las propiedades intrínsecas de los objetos. Se estudió la relacion magnitud en el maximo versus ancho de la curva de luz de dos maneras equivalentes. Se construyeron los diagramas de Hubble para cada uno de los filtros en los que se observaron las SNs. Las dispersiones en éstos disminuyen a medida que se aplican estas correcciones y llegan a ser mínimas al ajustar ademas el parametro RV en la galaxia anfitriona. Se encontró además que existien posibles diferencias sistemáticas en los colores de las SNs dependiendo del tipo morfológico de la galaxia anfitriona, mayores estudios se necesitan en esta dirección. Finalmente, para una muestra restringida de objetos se obtienen dispersiones comparables a otros resultados en todos los filtros ∼0.13 para BV g ′ r′ i′ y ∼0.23 para el filtro u′ , siendo una de las menores medidas hasta ahora para este ultimo filtro.

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Hemos usado fotometría y espectroscopía temprana de 12 Supernovas de Tipo II plateau (SNs IIP) para derivar sus distancias mediante el Método de la Fotósfera en expansión (EPM). Hemos realizado este estudio usando dos sets de modelos de atmósfera de Supernovas de Tipo II (SNs II), obtenidos de Eastman et al. (1996) y Dessart & Hillier (2005b), tres sets de fíltros ({BV}, {BVI}, {VI}) y dos métodos para la determinación de la extinción en la galaxia huésped, con lo cual hemos construido 12 diagramas de Hubble. Usando el set de fíltros {VI} y los modelos de Dessart & Hillier (2005b) hemos obtenido una disperisión en el diagrama de Hubble de σρ= 0.32 mag y su correspondiente constante de Hubble de H0 = 52.4 ±4.3 km s-1Mpc-1. Además aplicamos el EPM a la SN IIP SN 1999em. Con el set de fíltros fV Ig y los modelos de Dessart & Hillier (2005b) hemos derivado una distancia a _esta de 13.9 ±1.4 Mpc, lo cual concuerda con la distancia de Cefeida de 11.7 ±1.0 Mpc a la galaxia huésped de ésta Supernova (NGC 1637).

Made available in DSpace on 2018-09-11T12:25:58Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_12581_Dissertação Rodrigo Duarte Silva - PPGFis.pdf: 7836357 bytes, checksum: dd128e0cf54e3d58e169b4f2492da434 (MD5) Previous issue date: 2018-09-06 / Futuras pesquisas observacionais com investimentos, telescópios e tecnologias nunca antes vistos, estão sendo propostas na tentativa de se desvendar os mistérios do Universo. Em nosso trabalho, fornecemos um panorama desse cenário, com especial atenção para a classificação de supernovas que será feita pelo LSST (Large Synoptic Survey Telescope) a partir de 2022. Inicialmente introduzimos a física que envolve o evento de Supernovas e sua observação, com o objetivo de tratar o problema da classificação fotométrica de supernovas didaticamente. Fornecemos importantes referências no uso de diferentes aprendizagens de máquina e redes neurais para esse propósito. Incluímos resultados do uso de alguns dos métodos computacionais e a teoria por trás deles, destacando suas potencialidades e vunerabilidades. Os métodos de aprendizagem de máquina podem envolver supervisão ou não. Objetivamos descrever a aplicação destas poderosas ferramentas, na análise de dados observacionais e verificamos resultados inesperados. / Future observational research with investments, telescopes and technologies never before seen, are being proposed in an attempt to unravel the mysteries of the Universe. In our work, we provide an overview of this scenario, with special attention to the classification of supernovae that will be done by LSST (Large Synoptic Survey Telescope) from 2022. Initially, we introduce the physics that involve the Supernova event and its observation, with the objective of treating the problem of photometric classification of supernovae. We provide important references in the use of different machine learning and neural networks for this purpose. We include results from the use of some of the computational methods and the theory behind them, highlighting their potentialities and vunerabilities. Machine learning methods may involve supervision or not. We aim to describe the applica- tion of these powerful tools in the analysis of observational data and verify unexpected results.

Doctor en Ciencias, Mención Astronomía / El trabajo de tesis se titula Evidencia independiente de acceleración cósmica a partir de supernovas de tipo II ; y tiene como objetivo estudiar la utilidad de las supernovas de tipo II como indicadores de distancias extragalácticas. Las supernovas tienen potencial para ser usadas como patrones lumínicos. Los patrones lumínicos son objetos luminosos para los cuales se conoce su brillo intrínseco, permitiendo medir distancia usando la ley del cuadrado inverso. La medición de distancias es un elemento fundamental para caracterizar la expansión del Universo. Con estos datos y aplicando modelos teóricos uno puede restringir parámetros cosmológicos tales como la cantidad de materia oscura o de energía oscura. Durante la ultima década usando las supernovas de tipo Ia (explosiones estelares termonucleares), dos grupos de investigadores (Riess et al., 1998; Perlmutter et al., 1999; Schmidt et al., 1998) lograron medir distancias muy lejanas y demostrar que el Universo está actualmente en un estado de expansión acelerada. Aunque otros experimentos denominados Oscilaciones Acústicas Bariónicas y Fondo de Radiación Cósmicos han confirmado estos sorprendentes resultados y tienen sus propios méritos, estás técnicas no están libres de errores sistemáticos. Es por eso que necesitamos desarrollar la mayor cantidad de métodos posibles para obtener mejores estimaciones de los parámetros cosmológicos. Ha habido múltiples trabajos que demostraron que las supernovas de tipo II también constituyen competitivos indicadores de distancias para la determinación de distancias extragalácticas. El objetivo de esta tesis es refinar estos métodos y desarrollar nuevas técnicas para medir distancias en el Universo. En este trabajo nos proponemos desarrollar y refinar métodos para usar supernovas de tipo II como indicadores de distancia. Para la primera parte de esta tesis, vamos a usar datos de bajo redshift que provienen del Carnegie Supernova Project (CSP, Hamuy et al. 2006). Vamos a desarrollar un método que permita corregir y estandarizar las supernovas usando sólo datos fotométricos (sin usar información espectroscópica). Estandarizar las supernovas significa corregir las magnitudes por diferencias intríınsecas, para que al final las diferencias de brillo observadas entre los diferentes objetos dependan solamente de distancia. Debido a la alta calidad de los datos también vamos a poder refinar el método propuesto por Hamuy & Pinto (2002) para lo cual se necesitan espectros. La segunda parte de la tesis será la extensión de estos dos métodos a más alto redshift con el fin de caracterizar los parámetros cosmológicos. Para esto usaremos datos del Sloan Digital Sky Survey y del Supernova Legacy Survey. Lograremos mostrar que los métodos de bajo redshift pueden ser aplicados a alto redshift y además podremos derivar par ́ametros cosmólogicos consistentes con el modelo actual.

Ingeniero Civil Eléctrico / Entre los desafíos mas importantes para la cosmología actual se encuentran la expansión y composición del universo. Una de las herramientas mas útiles para la investigación en estos campos son las supernovas de tipo Ia, eventos de gran liberacion energetica que siguen al colapso de una estrella en un sistema binario, esto debido a que las caracteristicas de esta explosión permiten calcular distancias en base a su corrimiento al rojo. El problema es que su identificación y clasificación es un problema no trivial, y el método clasico, el espectroscópico, resulta incapaz de adaptarse al rápido aumento en la información disponible, proveniente de sondeos de última generación. Por lo que resulta de gran importancia encontrar la forma de aprovechar al máximo la información fotométrica, mucho mas abundante que la espec- troscópica. El objetivo de esta memoria es diseñar una metodología para la clasificación de supernovas tipo Ia, que entregue resultados competitivos con los presentes en la literatura, esto mediante la aplicación de correntropía mutua ranurada, una medida discreta de disi- militud, sobre la información fotométrica de estas. Se generan matrices de disimilitud para cada uno de los filtros disponibles (griz ) y se prueban diferentes métodos para la combina- ción de esta información. Se explora el efecto de añadir la información de corrimiento al rojo fotométrico (photo-z ) y la forma de introducirla al proceso de clasificación. La clasificación es realizada utilizando tres implementaciones diferentes de algoritmos de vecinos cercanos (K-nearest neighbours, weighted K-nearest neighbours, y distance-weighted K-nearest neigh- bours). La base de datos utilizada corresponde a la versión corregida de un set de supernovas simuladas creada con motivo del Supernova Photometric Classification Challenge (SNPCC), que contiene la información fotométrica de cerca de 21000 supernovas. El entrenamiento se realiza utilizando un conjunto de 1100 objetos cuya clase ha sido espectroscópicamente confirmada, este subconjunto intenta simular las condiciones de captura esperables (e.g. dis- tribución no representativa de clases, preferencia por objetos mas brillantes) y por lo tanto se ha decidido mantenerlo. Tambien se exploran los resultados obtenidos al utilizar una versión de este conjunto modificada para tener una distribución mas representativa, tanto en ter- minos de clases como de corrimiento al rojo. Se obtiene pureza = 0.556(0.824), eficiencia = 0.567(0.307), y FoM = 0.167(0.187) utilizando el conjunto espectroscópicamente confirmado (en su versión modificada) para el entrenamiento.

Visando aprimorar as medidas de distâncias cosmológicas feitas com a observação de supernovas de tipo Ia (SNIas), nós realizamos dois estudos: primeiro, verificamos as relações entre as propriedades das SNIas e de seus ambientes; segundo, avaliamos os dados de supernovas que poderiam ser obtidos com um mapeamento (survey) fotométrico do céu em filtros de banda estreita. Na primeira parte deste trabalho, nós utilizamos dados do Sloan Digital Sky Survey para confirmar as relações publicadas na literatura entre as propriedades das SNIas e a taxa de formação estelar de suas galáxias hospedeiras: SNIas em galáxias passivas tendem a ser mais breves, mais luminosas após correções, e sua cor influencia menos a sua magnitude quando comparadas a SNIas em galáxias ativas. Nós então analisamos SNIas em aglomerados ricos de galáxias e concluímos que elas são ainda mais breves do que a SNIa média em galáxias passivas. Essa característica está relacionada com a idade mais alta das galáxias passivas em ambientes densos e com a preferência dessas galáxias em hospedar SNIas bastante breves. As demais características das SNIas foram consideradas compatíveis com SNIas de campo dentro da precisão alcançada. Esse tipo de estudo deve impactar a determinação de distâncias uma vez que, em diversos casos, SNIas em redshifts diferentes habitam ambientes diferentes. O segundo tema desta tese trata de estudar as características de um novo método fotométrico aplicado às supernovas: o imageamento em filtros de banda estreita. Utilizando simulações de fotometria e tomando como base o projeto Javalambre Physics of the accelerating universe Astrophysical Survey (J-PAS), mostramos que um mapeamento realista em filtros de banda estreita é capaz de produzir amostras massivas de SNIas em redshifts intermediários (0 < z < 0;5) com baixa contaminação (3% ou menos), com um redshift fotométrico altamente preciso (sz =0;005) e com boa precisão na parametrização de suas curvas de luz. Além disso, filtros de banda estreita são capazes de resolver quase todas as características espectrais das supernovas. Junto com a rica informação que esse mapeamento pode prover sobre as galáxias observadas, esse tipo de projeto deve trazer contribuições significativas para o melhor entendimento das supernovas e das relações com seus ambientes. / Aiming at improvements in cosmological distance measurements performed with type Ia supernovae (SNe Ia) observations, we carried out two studies: first, we analyzed the relationships between the properties of SNe Ia and those of their environments; second, we assessed what kind of SNe data could be attained by a photometric survey using narrowband filters. In the first part of this work we used data from the Sloan Digital Sky Survey to confirm previously reported relations between SNe Ia properties and their hosts star formation rate: SNe Ia in passive galaxies tend to be briefer, more luminous after corrections and their colors do not impact their magnitudes as much when compared to SNe Ia in active galaxies. We then analyzed the properties of SNe Ia inside rich galaxy clusters and concluded that they are even briefer than the average SNe Ia in passive galaxies. This characteristic is related to the older age of passive galaxies in dense regions and their preference for hosting very brief SNe Ia. Other properties of these SNe Ia were considered compatible under the precision attained. This kind of study may influence distance determinations since, in many cases, SNe Ia at different redshifts populate different environments. On the second part of this work we studied the characteristics of a new photometric method applied to supernovae: the narrowband filter imaging of the sky. Using photometry simulations and taking the Javalambre Physics of the accelerating universe Astrophysical Survey (J-PAS) project as our fiducial survey, we showed that a realistic narrowband survey is capable of producing massive SNe Ia samples at intermediate redshifts (0 < z < 0;5) with low contamination rate (3% or less), a highly precise photometric redshift (sz = 0;005) and a good precision on their light curve parametrization. Moreover, narrowband filters are able to resolve almost every supernova spectral feature. Together with the rich galaxy information this kind of survey can provide, it should present significant contributions to the better understanding of supernovae and their relationships with their environments.

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