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En esta tesis se realiza un estudio teórico de las condiciones de excitación de las ondas electromagnéticas iónicas ciclotrónicas (EICWs) en los plasmoides interplanetarios expulsados por el Sol (o eyecciones de masa coronal, CMEs). Cuando el viento solar es perturbado por estas eyecciones de plasma provenientes del Sol, la actividad de ondas cambia radicalmente. Mientras que en las condiciones típicas correspondientes al viento solar rápido están dadas las condiciones para la actividad de las ondas de polarización izquierda, cuando el viento es reemplazado por plasmoides interplanetarios de origen solar, el cambio de los parámetros físicos relevantes favorece la actividad de la rama de polarización derecha. Hemos caracterizado el espacio de parámetros típico de estos plasmoides y estudiamos, mediante la teoría cinética en plasmas magnetizados, las condiciones para la emisión y absorción de estas ondas. Hemos determinado fronteras del espacio de parámetros entre regiones estables e inestables. Para considerar la presencia de partículas supratérmicas hemos modelado la función de distribución de una fracción de la población de partículas del plasma con funciones Kappa. En un plasma de protones y electrones la inestabilidad resonante de las EICWs requiere ordinariamente grandes valores para el beta del plasma (beta aproximadamente 1 o mayor), sin embargo, hemos encontrado que las CMEs a pesar de su bajo valor de P son objetos con otras propiedades cinéticas favorables para el desarrollo de esta inestabilidad. Dada la gran heterogeneidad que caracteriza a estos objetos no todos ellos serán emisores de EICWs, sino que existe un subconjunto de CMEs con propiedades térmicas propicias para la amplificación de estas ondas. Se han encontrado configuraciones de parámetros, consistentes con las observaciones, en las que los tiempos característicos de crecimiento de la inestabilidad son mucho menores que los tiempos típicos de la evolución de la estructura interplanetaria, y en las cuales es posible la amplificación de las ondas en tiempos en los que la configuración de parámetros de la estructura interplanetaria se mantiene esencialmente constante. Estos resultados son de gran importancia para comprender la microturbulencia que ha sido observada en estos objetos por el satélite Wind. Hemos realizado un estudio estadístico de los parámetros de configuración de los CMEs, con el objetivo de seleccionar aquellos eventos con propiedades favorables para el desarrollo de la inestabilidad de los EICMs. Se analizaron datos aún no publicados de la sonda espacial Wind y específicamente se estudiaron: un conjunto de Halo-CMEs y un conjunto de nubes magnéticas interplanetarias. Los eventos que se consideran para este estudio han sido observados en forma continuada por la sonda Wind desde diciembre de 1996 hasta noviembre de 1997 (para Halo-CMEs) y desde febrero de 1995 hasta noviembre de 1998 (para nubes magnéticas). Finalmente, en base a los resultados de nuestro estudio estadístico, se selecciona la nube magnética que observó Wind el 7 y 8 de agosto de 1996 y se examinan las posibilidades de emisión de EICWs en este evento.

Los microcuásares son sistemas de binarias de rayos x que pueden generar jets relativistas y que fueron descubiertos en nuestra Galaxia en la última década del sigle XX. Su nombre indica que junto con los cuásares son manifestaciones de la misma física pero en una escala muy diferente. Paralelamente a este descubrimiento, el instrumento EGRET a bordo del Observatorio Compton de Rayos Gamma, detectó 271 fuentes puntuales de rayos gamma de las cuales 170 no pudieron ser claramente identificadas con ningún objeto conocido. Esto marcó el comienzo del estudio de poblaciones de rayos gamma en nuestra Galaxia. En esta tesis se presentan modelos para la producción de rayos gamma en microcuáceres, con el objetivo de mostrar que pueden ser responsables de algunos subgrupos de fuentes EGRET no identificadas. Estos modelos son desarrollados para una variedad de escenarios posibles tomando en cuenta distintas combinaciones, i.e. agujeros negros o estrellas de neutrones como el objeto compacto, estrellas compañeras de baja y alta masa, así como también procesos de producción de rayos gamma leptónicos o hadrónicos. Los modelos de emisión de rayos gamma en microcuásares aquí presentados, pueden ser usados para explicar también obsrvaciones en fuentes conocidas detectadas en rangos de energías diferentes que las de EGRET. Se incluye al final, una situación de producción de rayos gamma alternativa en objetos compactos que no involucra a los microcuásares, estudiándose una fuente EGRET no identificada en particular, a la que proponemos como asociada a un pulsar magnetizado con acreción.

La presente Tesis de Doctorado tiene como objetivo realizar aportes en el estudio observacional de ciertos objetos que producen emisión no térmica y contribuir con nuevos datos para un mayor entendimiento de la conexión existente entre la radiación electromagnética a bajas y altas energías del espectro, lo que se conoce como radioondas y rayos gamma, respectivamente. Hemos estudiado, por un lado, objetos en emisión producidos por estrellas de alta velocidad. Estos objetos se producen gracias a la interacción de esas estrellas con el medio interestelar. Dado que estas fuentes han sido poco exploradas observacionalmente, hemos realizado búsquedas en imágenes públicas de telescopios infrarrojos, y generamos catálogos que las listan. Se conoce sólo uno de estos objetos con emisión en radio; por lo tanto, hemos analizado cuáles de los objetos podrían emitir radioondas para poder, a largo plazo, dedicar tiempo de observación en radiotelescopios y caracterizar la zona y tipo de emisión. Hemos obtenido horas de observación en el radiointerferómetro VLA, y mostramos los resultados. El segundo tipo de fuentes que estudiamos son sistemas generados por protoestrellas de gran masa. Se han reportado pocos casos de protoestrellas de gran masa con emisión térmica en la parte central y emisión no térmica en los radiolóbulos localizados en sus jets. Hemos analizado el caso de una protoestrella donde encontramos emisión en rayos X proveniente de uno de sus lóbulos, la cual pudo ser explicada por medio de emisión no térmica. Luego, hemos observado el sistema de otra protoestrella de gran masa para el cual generamos mapas de emisión en radio en frecuencias no observadas hasta el momento, con una calidad sin precedentes en la zona. Estos mapas y mapas complementarios aportarán información valiosa para los modelos teóricos de emisión en altas energías. Por último, hemos investigado la relación entre una fuente de rayos gamma extendida HESS y el supercúmulo Westerlund 2 y la región de hidrógeno ionizado circundante, RCW 49, a través de observaciones dedicadas en ondas centimétricas y datos infrarrojos.

Desde los primeros estudios realizados en radiofrecuencias en regiones de formación estelar, la emisión de jets de objetos estelares jóvenes (YSOs, por sus siglas en inglés) ha sido considerada exclusivamente de origen térmico. La presencia de una componente de emisión no térmica en jets protoestelares, constituye un descubrimiento reciente y, sin dudas excepcional, que implica la existencia de partículas con velocidades relativistas en interacción con campos magnéticos. Explicar la presencia de partículas relativistas en estos sistemas, requiere la acción de un mecanismo responsable de incrementar eficientemente su energía cinética.El principal objetivo de esta Tesis es profundizar en la investigación de este interesante tópico. Para ello se estudió la emisión continua en radio de dos YSOs con distinta masa: (1) La fuente triple en radio continuo en Serpens (masa intermedia), el primer YSO para el cual ha sido propuesta la presencia de emisión sincrotrón y que, morfológicamente, puede considerarse el prototipo de jet protoestelar no térmico; (2) El sistema HH 80-81 (alta masa), uno de los jets protoestelares más potentes conocidos, y el único (hasta el momento) en que se ha detectado emisión centimétrica linealmente polarizada, confirmando el origen sincrotrónico de la radiación. En ambos casos, se realizaron estudios para caracterizar la naturaleza de la emisión en radio en distintas regiones del jet. Los resultados fueron analizados en el contexto de aceleración de partículas, explorando los posibles escenarios en que éstas podrían ser aceleradas a energías relativistas, de manera eficiente.El estudio de estos objetos fue abordado en un amplio rango de longitudes de onda de radio, mediante el análisis de nuevos datos de alta sensitividad obtenidos con interferómetro Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) del National Radio Astronomy Observatory (NRAO).

En las últimas décadas se ha reconocido la importancia de las interacciones débiles y direccionales, como los puentes de hidrógeno (PH) y puentes de halógeno (PHal), en el diseño de materiales orgánicos con propiedades específicas. Si bien existen en la literatura numerosos trabajos de recopilación de datos experimentales y cálculos teóricos relacionados con el tema, la índole de las mencionadas interacciones, su importancia relativa y su contribución a la energía de cohesión del cristal es aún objeto de controversia. El análisis de las variaciones en la conformación, propiedades electrostáticas moleculares y empaquetamiento de una estructura base al introducirse diferentes sustituyentes constituye un camino para conseguir la finalidad propuesta. Por este motivo, en el presente trabajo se eligió como estructura base al ciclohexano cuya geometría se conoce tanto en estado sólido como en fase gaseosa. La sustitución simétrica del mismo permite esperar la obtención de moléculas altamente simétricas, no polares y en las que no se den procesos de transferencias de carga intramolecular. Esto último facilita la modelización para los cálculos teóricos. Los sustituyentes fueron seleccionados para el estudio en base a su capacidad para establecer interacciones dipolo-dipolo (>C=O), PH (CONH2), interacciones halógeno (Br) y grupos capaces de formar interacciones intermoleculares débiles en el límite de lo que se podría considerar como una interacción del tipo van der Waals o PH débil (COOCH3). Teniendo en cuenta las consideraciones anteriores se obtuvieron y analizaron por distintas técnicas experimentales y teóricas los siguientes derivados de ciclohexanos simétricamente sustituidos en las posiciones 1 y 4 con los grupos carboxamida (CONH2), carboximetilo (COOCH3) y Br: a) trans-1,4-dicarboxamidaciclohexano (I) b) trans-1,4-dibromo-1,4-dicarboxamidaciclohexano (II) c) trans-1,4-dicarboximetilciclohexano (III) d) trans-1,4-dibromo-1,4-dicarboximetilciclohexano (IV) Estos sistemas presentan interés porque, dependiendo del caso estudiado, la estructura puede ser el resultado de la acción coordinada de interacciones intermoleculares puente de hidrógeno (PH) fuertes N–H•••O, PH débiles C–H•••O y C–H•••Hal e interacciones puente de halógeno (PHal) C–Hal•••O y Hal•••Hal (Hal=halógeno). Para caracterizar y analizar las principales interacciones intermoleculares que influyen en el empaquetamiento cristalino se utilizó principalmente la cristalografía estructural por difracción de rayos X (DRX) de monocristales, la cual permite obtener tanto la geometría molecular como la densidad electrónica (a partir de un observable físico: la intensidad de los rayos-X dispersados por un monocristal) combinada con otras técnicas experimentales como: espectroscopía Infrarrojo (IR) y Raman, medidas calorimétricas (DSC), análisis de la superficie de Hirshfeld e índice de enlaces no covalentes utilizando el programa NCIPlot y análisis estadístico empleando la base de datos estructurales (CSD). El análisis de los resultados cristalográficos muestra que en el caso de los sistemas di y tetra-sustituidos los sustituyentes más voluminosos adoptan la conformación ecuatorial (CONH2 y COOCH3) y que la sustitución simétrica en las posiciones 1 y 4 del anillo del ciclohexano, independientemente de las diferentes simetrías puntuales presentadas por las moléculas de los distintos compuestos, estabiliza la conformación silla rígida observada en el ciclohexano sin sustituir. Se observa que el parámetro de corrugamiento (puckering) del anillo para los distintos compuestos difiere en cantidades variables del correspondiente al anillo ideal. El examen de los empaquetamientos presentados por los compuestos estudiados muestra algunas características diferentes o no descriptas previamente en la literatura, entre otras: a) Motivos desarrollados por el sustituyente carboximetilo que permiten suponer la existencia de interacciones atractivas PH C(metilo)–H•••O débiles [R_2^2 (10), C(5) y C(3)]. b) En presencia de interacciones más fuertes como PH N–H•••O, si las interacciones PH C–H•••O débiles actúan sobre planos cristalinos diferentes pueden afectar algunos de los aspectos del empaquetamiento molecular dando lugar a apartamiento de los patrones usuales en la interacción PH de amidas (empaquetamiento de las cadenas moleculares C(9)[R_2^2 (8)]) según un eje 43-tornillo). c) Arreglos estructurales formados por el átomo de Br que indicarían interacciones intermoleculares débiles del tipo PHs C–H•••Br en el que actúa como un centro nucleofílico, PHal del tipo C–Br•••N/O en el que se comporta como un centro electrófilico e interacciones halógeno-halógeno Br•••Br en el que presenta ambos comportamientos. d) Dependiendo del sistema estudiado, la estructura puede ser el resultado de la acción coordinada de interacciones intermoleculares PH fuertes N–H•••O, PH débiles C–H•••O y C–H•••Hal e interacciones PHal C–Hal•••O/N y Hal•••Hal (Hal=halógeno). Para racionalizar algunos de los resultados obtenidos y avanzar en el entendimiento de la naturaleza atractiva o repulsiva y de las propiedades de las interacciones observadas, se analizó la topología de la densidad de carga electrónica mediante el método de la Teoría Cuántica de Átomos en Moléculas (QTAIM), desarrollado por Bader. Para el cálculo de la densidad de carga electrónica se emplearon distintas aproximaciones teóricas en diferentes clusters construidos principalmente por monómeros y dímeros a partir de la información estructural obtenida de DRX. También se analizaron las energías de interacción intermoleculares calculadas por el método supermolecular a partir de cálculos ab-initio mediante su descomposición en el marco de la “Local Pair Natural Orbital Coupled Cluster (DLPNO-CCSD(T))” y en términos de una contribución electrostática (Coulombiana y polarización), dispersión (London) y un término repulsivo (exclusión de Pauli), empleando el método de semisumas parciales de la densidad de carga electrónica propuesto por Gavezzotti. Como conclusión general del presente trabajo, para la estructura base elegida (el ciclohexano), sin alterar mayormente la conformación de la estructura base cuando se lo sustituye en las posiciones simétricas del anillo con los grupos CONH2, COOCH3 y Br, puede decirse que: a) El estudio topológico de las interacciones entre dímeros permitió reconocer la existencia de PHs C(metilo/anillo)–H•••O/Br y PHal C–Br•••N/O que explican el empaquetamiento observado en el sólido. b) Todos los PHs C–H•••O/Br y PHal C–Br•••N/O débiles analizados poseen una contribución de carácter dispersivo importante mientras que los PHs N–H•••O fuertes una contribución por transferencia de carga significativo a la energía de interacción. c) El átomo de Br posee un comportamiento dual capaz de establecer diferentes interacciones intermoleculares débiles actuando como un centro nucleofílico (interacciones PHs), como centro electrófilo (interacciones PHal) o presentar ambos comportamientos para formar interacciones del tipo halógeno-halógeno. Un aspecto particularmente interesante que se desprende de las conclusiones anteriores es que las interacciones intermoleculares formadas por el Br (PHs C–H•••Br y PHals C–Br•••N/O) producen una estabilización adicional de la estructura cristalina, que explican el mayor valor del punto de fusión de IV respecto de III. Sin embargo en presencia de grupos capaces de formar interacciones fuertes (como CONH2), la contribución de las interacciones PHs C–H•••Br y PHals C–Br•••N/O no pueden compensar la gran desestabilización estructural que resulta de los efectos estéricos del Br resultando que el punto de fusión del sistema II sea menor que el de I.