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En este trabajo presentamos demostraciones formales de desigualdades geométricas relacionando la carga, la masa, el momento angular y el tamaño para objetos compactos, tanto para objetos ordinarios, como una estrella de neutrones, como para agujeros negros. Comenzamos estudiando un problema simple: la relación entre carga y tamaño en simetría esférica. Probamos que si tomamos un dato inicial que contiene un objeto ordinario cargado, dos veces el radio de área del objeto es siempre mayor estricto que la carga del mismo, y además que esta desigualdad es ajustada. Luego estudiamos la relación entre masa, momento angular y tamaño en simetría axial para objetos ordinarios. Obtenemos una cota inferior para la masa ADM en términos del momento angular y el tamaño del objeto. Además presentamos ejemplos numéricos que testan cuán robustas son las hipótesis que utilizamos y el resultado que obtenemos. Finalmente en la última parte del trabajo estudiamos la relación entre masa,momento angular y tamaño en simetría axial en el caso en que tenemos un agujero negro: la desigualdad de Penrose con momento angular. Probamos una versión de esta desigualdad para horizontes aparentes futuros utilizando una medida particular de tamaño.

El acceso al agua potable es primordial para la salud, uno de los derechos humanos básicos y un componente de las políticas eficaces de protección de la salud. En esta Tesis de Doctorado se aborda uno de los aspectos vacantes como es la determinación de la cinética de la inactivación para un contaminante microbiológico modelo (Escherichia coli) en aguas claras con desinfectantes alternativos amigables con el ambiente. Se estudia inicialmente un proceso de desinfección pseudo-heterogéneo utilizando peróxido de hidrogeno como desinfectante. Se realiza la interpretación química del posible mecanismo de daño celular. Como una segunda etapa, se lleva a cabo un extenso estudio experimental utilizando la mezcla comercial de acido peracético como agente desinfectante. En base a los estudios experimentales, se postula un mecanismo de desinfección considerando el poder oxidante de cada uno de los agentes de la mezcla por separado y el efecto sinérgico de estos. El mecanismo de este modelo comprende a través de ecuaciones matemáticas simples, los procesos fisicoquímicos y enzimáticos involucrados en la inactivación bacteriana. Como complemento, se estudia la combinación de la solución comercial de APA con la radiación UV, se modelan los resultados obtenidos, en este modelo, la bacteria, al ser expuesta a la radiación UV va sufriendo daños a través de pasos consecutivos que se acumulan hasta que alcanzan un umbral donde se produce la muerte del microorganismo. La elección del tema de tesis responde a una problemática actual del país: el acceso al agua microbiológicamente segura.

El presente trabajo se enmarca dentro de los estudios de la estructura en gran escala del Universo y, en particular, aborda la relación entre la materia ordinaria (o bariónica) y la denominada `materia oscura'. Para contextualizar nuestros estudios, decidimos comenzar con una reseña histórica acerca de las investigaciones y controversias que se dieron en el área en la que se inserta esta tesis.

El paradigma actual supone que las galaxias se forman en el interior de los halos de materia oscura. Sin embargo, en el proceso de formación están implicados una gran diversidad de mecanismos astrofísicos que hacen que sea complejo determinar cuántas galaxias pueblan un halo de una dada masa. Para poder estimar la relación entre galaxias y halos surgieron diferentes estimadores estadísticos que permiten vincular la masa de los halos con la cantidad de galaxias que poseen. Uno de ellos, que se estableció como una herramienta simple y al mismo tiempo poderosa, es la distribución de ocupación de halos (DOH), el concepto central del presente trabajo.
Este estimador se define como la probabilidad de que un halo de masa M contenga N galaxias con alguna característica, dando la posibilidad de asociar, de manera estadística, las galaxias y los halos.

En la actualidad, disponemos de grandes catálogos de galaxias que nos permiten la identificar grupos de galaxias, determinar su masa y posteriormente estudiar la DOH. Pero, para esto se utiliza sólo la información espectroscópica que brindan los relevamientos, sin aprovechar grandes cantidades de datos fotométricos que también son liberados por éstos. Es por esto que, uno de los objetivos de este trabajo fue el de proponer un método de descuentos de galaxias de fondo que permite combinar datos fotométricos y espectroscópico para ampliar el rango de luminosidades y masas en que se puede estudiar la DOH. Para evaluar dicha técnica hicimos uso de otra de las herramientas más utilizadas en los estudios de la estructura a gran escala del universo: los catálogos sintéticos. A partir de simulaciones de materia oscura pobladas con modelos semianalíticos confeccionamos catálogos sintéticos que nos permitieron establecer las virtudes y falencias de nuestra técnica antes de implementarla en el catálogo Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Otro de los objetivos que nos planteamos en esta tesis fue el de comparar la DOH con otros estimadores. En particular, la comparamos con la relación masa riqueza obtenida a partir de estudios de lentes gravitacionales. Para esto trabajamos con otros investigadores, quienes midieron la masa y la riqueza de una muestra grupos y nosotros, mediante la técnica descripta en el párrafo anterior, determinamos la DOH de dicha muestra. Pero, como ambos estimadores no son directamente comparables, usamos las mismas determinaciones pero modificamos el cálculo de la DOH para poder realizar la comparación, obteniendo un gran acuerdo entre ambas estimaciones.

El tercer tema central de nuestro trabajo fue el de incorporar la DOH a los modelos de halos. Éstos permiten explicar los campos de densidad. Mas precisamente, mediante modelos de halos desarrollados numéricamente, puede reproducirse la función de correlación de la materia oscura. Si a estos modelos se le incorpora la DOH, pueden reproducirse los campos de densidad de la materia bariónica. En esta tesis utilizamos las estimaciones de la DOH y las incorporamos el modelo anisótropo de halos. Evaluamos la factibilidad de incorporar la DOH a dicho modelo mediante catálogos sintéticos y determinamos, además, estimaciones de forma de los halos de materia oscura para diferentes rangos de masa.

Determinar la estructura isomérica de un colorante en una solución líquida puede ser una tarea abordable mediante el estudio de la anisotropía de su emisión luminiscente. El cambio en la polarización de la luminiscencia tiene su origen en los movimientos rotacionales que experimenta la molécula de colorante en el seno del líquido. En la despolarización de su emisión está contenida la información referida a la forma estructural de la misma. Debido a que la difusión rotacional no sólo depende de esta característica de la molécula estudiada, sino también de factores tales como su volumen efectivo, la viscosidad del solvente o el tiempo de vida mismo del compuesto en su estado excitado, distinguir el efecto real de cada uno de ellos sobre el comportamiento observado requiere de un análisis detallado. Los procesos fotofisicos de las cianinas estudiadas en esta tesis, colorantes polimetínicos que presentan fotoisomerización reversible, han sido analizados mediante el empleo de diversas técnicas. Dilucidar la estructura isomérica, tanto de las especies estables de estos compuestos como así también de aquellas especies que se generan bajo excitación luminosa (fotoisómeros), resulta ser por demás una tarea particularmente compleja cuando las características espectroscópicas entre las diferentes especies de un mismo compuesto son muy similares. En el estudio de las especies fotoisoméricas, la separación de la emisión de estas especies de aquella correspondiente a las especies normales, es necesaria para poder así seguir individualmente el comportamiento con la polarización de sus emisiones. El uso de técnicas láser de absorción y fluorescencia permitió obtener información de las especies fotoisoméricas de estas moléculas, analizando sus propiedades cinéticas y características espectroscópicas. Con el fin de discernir las conformaciones isoméricas de las cianinas fotoisomerizables en solución, se implemento la técnica de polarización de la fluorescencia. Midiendo la anisotropía en estado estacionario de la fluorescencia que se genera bajo excitación luminosa, se pudieron calcular tiempos de difusión rotacional para las diferentes especies estudiadas. La asignación de determinadas estructuras isoméricas para estos compuestos, resulta de contrastar el resultado experimental de la anisotropía medida con modelos teóricos para la difusión rotacional de estas moléculas. Con el objeto de poder utilizar modelos moleculares más cercanos a las formas de las cianinas estudiadas, se representó las formas moleculares con elipsoides asimétricos, que permiten una aproximación más real a la geometría involucrada en el estudio de estas especies. El uso de elipsoides asimétricos en el modelado de las estructuras moleculares y el análisis del comportamiento hidrodinámico de estos modelos con diferente condición de vínculo soluto-solvente, ha permitido ampliar la discusión a partir de los datos que se obtienen experimentalmente, posibilitando asignar distintas estructuras a los diferentes isómeros estudiados y dar en consecuencia una interpretación de los fenómenos observados. Del estudio realizado se concluye que la hidrodinámica "slip" es consistente con la anisotropía de la fluorescencia medida para las distintas especies de las cianinas. El similar comportamiento hidrodinámico de las especies más estables, se corresponde con la asignación de una estructura común a todas ellas. Una estructura en la que la cadena polimetínica de estos colorantes aparece totalmente extendida (todo-trans). En el caso particular del DODCI se ha podido descartar la estructura di-cis para la especie normal de esta cianina, dejando para su especie fotoisomérica alguna de las estructuras que resultan de rotar una parte de la molécula alrededor de un enlace de su cadena polimetínica. Una interacción ligeramente diferente entre las distintas especies de esta molécula y el solvente podría ser inferida de las medidas llevadas a cabo. El estudio fotofísico realizado sobre las cianinas permitió determinar entre otros parámetros, la baja eficiencia de fluorescencia de los fotoisómeros de las carbocianinas. Esta era una característica conocida de estos colorantes. De los resultados obtenidos y su posterior interpretación, la fricción dieléctrica resulta ser el fenómeno más indicado para acompañar a la fricción mecánica en un modelo hidrodinámico que dé cuenta de la difusión rotacional de las especies estudiadas.

Determinar la estructura isomérica de un colorante en una solución líquida puede ser una tarea abordable mediante el estudio de la anisotropía de su emisión luminiscente. El cambio en la polarización de la luminiscencia tiene su origen en los movimientos rotacionales que experimenta la molécula de colorante en el seno del líquido. En la despolarización de su emisión está contenida la información referida a la forma estructural de la misma. Debido a que la difusión rotacional no sólo depende de esta característica de la molécula estudiada, sino también de factores tales como su volumen efectivo, la viscosidad del solvente o el tiempo de vida mismo del compuesto en su estado excitado, distinguir el efecto real de cada uno de ellos sobre el comportamiento observado requiere de un análisis detallado. Los procesos fotofisicos de las cianinas estudiadas en esta tesis, colorantes polimetínicos que presentan fotoisomerización reversible, han sido analizados mediante el empleo de diversas técnicas. Dilucidar la estructura isomérica, tanto de las especies estables de estos compuestos como así también de aquellas especies que se generan bajo excitación luminosa (fotoisómeros), resulta ser por demás una tarea particularmente compleja cuando las características espectroscópicas entre las diferentes especies de un mismo compuesto son muy similares. En el estudio de las especies fotoisoméricas, la separación de la emisión de estas especies de aquella correspondiente a las especies normales, es necesaria para poder así seguir individualmente el comportamiento con la polarización de sus emisiones. El uso de técnicas láser de absorción y fluorescencia permitió obtener información de las especies fotoisoméricas de estas moléculas, analizando sus propiedades cinéticas y características espectroscópicas.

La mineralización del nitrógeno (N) desde la materia orgánica es el principal proceso de aporte de N a los cultivos. Este puede variar espacialmente de manera considerable, siendo importante la predicción del mismo a escala intralote para el diagnóstico sitio específico de la fertilización nitrogenada. El objetivo de este trabajo fue identificar la variabilidad espacial de la mineralización de N a escala de lote a través de aproximaciones sencillas para poder realizar recomendaciones de fertilización variable en el cultivo de maíz. Además, se evaluó el desempeño de diferentes índices espectrales (IE) para explicar la variabilidad espacial del rendimiento del cultivo y de los parámetros de mineralización a nivel intralote en ensayos en franja con niveles crecientes de N. Los ensayos se llevaron a cabo en la Pampa arenosa húmeda realizándose un muestreo sistemático en grilla y un muestreo en transectas durante las campañas 2012/13 y 2013/14, respectivamente. Se encontraron marcados niveles de variabilidad espacial en las variables de mineralización a escala intralote para todos los parámetros analizados, donde se observaron estructuras espaciales definidas haciendo posible la confección de mapas de las variables. La relación entre el N potencialmente mineralizable (N0) con el N mineralizado en anaerobiosis (Nan) en el espacio fue errática, no permitiendo utilizar el Nan como estimador confiable a escala de grilla. Los índices espectrales presentaron relaciones significativas y robustas con los rendimientos de maíz, siendo los coeficientes de correlación más altos de 0.43(TCARI campaña 12/13) y 0.62 (NDVI campaña 13/14), y con los parámetros de mineralización (coeficiente de correlación 0.42 en la campaña 12/13 para el parámetro Nap e IE TCARI/OSAVI en estadio R1 y coeficiente de correlación 0.37 en la campaña 13/14 para el parámetro Nan e IE OSAVI en estadio V8). La inclusión de los parámetros de mineralización en los modelos de explicación de rendimiento permitió mejorar el ajuste en un 20 por ciento, no así en los modelos de respuesta a la fertilización nitrogenada. Es necesario profundizar estas aproximaciones para definir con mejor precisión las dosis de N a emplear en cada sector de los lotes de producción.

Las estrellas masivas son de vital importancia para la evolución del Universo, i. e. son las mayores contribuyentes de la radiación UV e infrarroja en las regiones de nacimiento estelar y las responsables de los elementos necesarios para la vida. Enriquecen su entorno con material procesado a través de sus intensos vientos y mediante su explosión final como supernovas. Además estas estrellas son visibles a grandes distancias debido a sus altas luminosidades y por ello, conforman un sondeo muy importante de las condiciones del medio interestelar en sus ubicaciones remotas. Sus interiores son laboratorios físicos con condiciones que no se han observado en ningún otro sitio. La ráfaga de neutrinos que anuncian su muerte es uno de los eventos energéticamente más poderosos en el Universo. Estas estrellas son las progenitoras de los objetos estelares más extremos -supernovas hiper energéticas, estrellas Wolf-Rayet, variables azules luminosas, agujeros negros masivos, estrellas de neutrones, magnetares, binarias masivas de rayos X- y también las causantes de ondas gravitacionales producidas por la fusión de agujeros negros masivos. Debido a la relevancia de estas estrellas, nuestro trabajo está basado en el estudio sobre material observacional existente y que se obtuvo en el marco de la tesis, de una muestra de estrellas binarias de tipo espectral O de la Vía Láctea. El objetivo del mismo es la determinación del movimiento orbital y posteriormente, de los parámetros astrofísicos fundamentales de las estrellas masivas que los componen. Se busca aumentar la cantidad de datos fundamentales sobre sistemas binarios con componentes O (los cuales son escasos) y realizar un análisis de la distribución de períodos, excentricidades, relación de masas y rotaciones proyectadas en el particular contexto de sistemas binarios con componentes asincrónicas. Motivados por la gran cantidad de datos disponibles del programa de monitoreo espectroscópico sistemático OWN Survey (en ejecución y del cual soy parte), cuyo objetivo es observar con alta resolución y relación señal a ruido una muestra de estrellas del hemisferio Sur de tipos espectrales O y WN (para las cuales no había información sobre su multiplicidad, al momento de comenzar el proyecto), estudiamos aquellas estrellas que presentan variabilidad en el perfil de sus líneas. Centramos la atención en un conjunto de estrellas que presentan espectros compuestos (líneas dobles) cuyas líneas muestran ensanchamientos que a simple vista son muy diferentes. Estos objetos fueron considerados candidatos a ser sistemas binarios SB2 con la peculiaridad de que sus componentes tendrían velocidades de rotación proyectadas que sugieren rotaciones asincrónicas (ya sea que sus rotaciones intrínsecas fueran bien diferentes o que sus ejes de rotación no fueran paralelos). Para esto, se identificaron y midieron las velocidades radiales (VRs) de cada posible componente y se analizó su pertenencia a un mismo sistema binario. Una vez que se confirmó la naturaleza binaria de la estrella de espectro compuesto, se procedió a separar (desentramar) los espectros de cada componente, los cuales fueron clasificados y analizados cuantitativamente para determinar algunos parámetros fundamentales, e.g. velocidad de rotación proyectada, temperatura efectiva, gravedad superficial, radio, luminosidad, entre otros.

El vapor de agua atmosférico es una variable esencial en la climatología y en la meteorología. Sabiendo que prácticamente no existen determinaciones en América del sur, cada 30 minutos se ha calculado su valor integrado con la técnica GNSS. Para tal fin, previamente se determina el retardo cenital troposférico con la misma frecuencia. Se lo computa efectuando un procesamiento geodésico automatizado, de acuerdo con las últimas recomendaciones del IERS. Se trabaja con 136 estaciones GNSS, localizadas en una amplia región del continente americano, que abarca desde el sur de California hasta la Antártida. Temporalmente se considera un periodo completo de siete años, entre 2007 y 2013. Los retardos calculados fueron intercomparados con productos: los operacionales del IGS y los determinados por diferentes centros de análisis para el segundo reprocesamiento del IGS. El valor medio de la diferencia entre las estimaciones en cualquier estación resultó siempre inferior a 5 mm. Se encuentra una completa compatibilidad entre nuestros productos y los calculados por los distintos centros de análisis para el segundo reprocesamiento del IGS. La mayor discrepancia (5 mm) surge al comparar nuestros productos con los operacionales del IGS en estaciones con alta latitud. En 15 sitios, las estimaciones GNSS del contenido total de vapor de agua, fueron intercomparadas con los valores integrados obtenidos mediante la técnica clásica de radiosondeos. En la mayoría de los casos, el valor absoluto de la media de las diferencias entre las estimaciones de ambas técnicas resultó menor a 0,7 mm, siendo su desviación estándar inferior a 3 mm. Los resultados obtenidos son similares a los de otros autores, registrándose un leve desvío seco en las radiosondas Vaisala repecto a las determinaciones GNSS. Se desarrollaron algunas aplicaciones con las estimaciones obtenidas para el retardo y el vapor de agua integrado. El retardo cenital calculado, permitió analizar el comportamiento de dicha variable en el modelo ciego GPT2w. La media de la diferencia entre nuestras estimaciones y los valores modelados, en valor absoluto resulta menor a 3 cm para cualquier sitio. Este modelo representa correctamente el valor medio, las variaciones anual y semianual; pero no resulta exacto para cualquier valor del retardo, detectándose patrones de comportamiento característicos en función del clima de la estación. Se analizó la variación lineal del valor medio del retardo en función de la altura de la estación, para cada tipo de clima. El valor medio se modifica más por la tasa de cambio que genera el efecto de la altura que por la variación en el tipo de clima. La aplicación más interesante, permite calcular las tendencias del vapor de agua en las estaciones GNSS. Para obtener estimaciones realistas en los errores de las tendencias, se contempla la función de autocavarianza. En la región analizada, durante el periodo 2007-2013, se detecta una fuerte correlación entre las tendencias y los grupos climáticos. En promedio, se concluye que la región tropical tiende a humedecerse, mientras que la zona templada tiende a secarse.