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1 RELACION DE PROYECTOS CONVOCATORIAS PROGRAMA ASTROFISICOS RESIDENTES DEL IAC Y PROGRAMA INTERNACIONAL DE BECAS DE DOCTORADO LA CAIXA- SEVERO OCHOA-ASTROFISICOS RESIDENTES DEL IAC (1)Nombre del director: Antonio Aparicio Juan Título del trabajo: La formación de las galaxias del Grupo Local: buscando las huellas del universo primitivo. Se propone realizar un estudio homogéneo de la historia de formación estelar (edad y metalicidad de las estrellas de una galaxia desde el instante de su formación, HFE) y estructura espacial deuna selección de galaxias enanas del Grupo Local: Sextans, Coma Berenice (CBer) y Ursa MajorII (UMII) a partir de datos fotométricos de banda ancha (U,B,V,I) obtenidos con la WFC del INTde 2.5 m y espectroscópicos (triplete del Ca II) con el GTC. Parte de los datos están ya disponibles(datos de archivo) y se ampliarán observando en aquellos filtros necesarios para completar el análisis. Los datos espectroscópicos se obtendrán principalmente con Osiris en el GTC. La herramienta principal serán los diagramas color-magnitud (DCM) en combinación con los códigos de obtención de la historia de formación estelar desarrollados por nuestro grupo. Mediante el análisis de la HFE y los datos espectroscópicos se pretende abordar el efecto de varios procesos físicos en la formación y evolución de las galaxias enanas, tales como la reionización, retroalimentación por supernovas, barrido por presión cinética o interacciones de marea. Comprender el alcance que dichos procesos tienen en la formación de las galaxias enanas es fundamental para conocer cómo se forma galaxias mayores, como la Vía Láctea. (2) Nombre del director o directores: ARTEMIO HERRERO DAVÓ Titulo del trabajo: Oxygen in Massive O-type Stars This project aims at deriving oxygen abundances in massive O stars in environments of different metallicity (Milky Way, LMC, SMC). The final goal is to have an individual estimation of the stellar metallicity independently of other methods. To this aim we propose to build up an O III model atom, analyze stellar samples already observed in the Milky Way and 30 Doradus in the LMC (the strongest massive star formation region in the Local group) and obtain and analyze new observations in the SMC. This will be used to test the dependency of physical laws and processes on metallcity as a necessary step to interpret the deep Universe. (3) Nombre del director o directores: Alexandre Vazdekis Titulo del trabajo: Decoupling the Initial Mass Function and the abundance ratios effects in the integrated spectra of massive early-type galaxies Studies of stellar populations provide unique constrains on the characteristic formation timescales and the evolution of galaxies. According to these studies, which require the use of the so called stellar population synthesis models, massive Early-Type Galaxies (ellipticals and S0s, ETGs) form faster and at higher redshift than their smaller counterparts. In most studies a key ingredient of these models, i.e. the stellar Initial Mass Function (IMF), which describes the mass distribution of stars at the time of their formation, is assumed to be universal and constant with cosmic time. Recent studies provide evidence that this might not be the case for massive ETGs. Furthermore there is evidence that the IMF shape and mass-cutoffs might depend on the Star Formation Rate (SFR). However the IMF effects are coupled to a great extent to a variation of the abundance ratio of certain chemical species. It is well established that massive galaxies show an overabundance of Magnesium over Iron with respect to solar.

2 However the possibility of a variation of other abundance ratios has been argued against the varying IMF scenario. This project aims at developing stellar population models and diagnostic tools that decouple these effects to provide new means to constrain the IMF. These new variable-imf prescriptions will be implemented in the models to compute Spectral Energy Distributions (SEDs) at moderately high resolution as well as extending the spectral range and abundance ratio coverage. The student will identify, define, optimise and characterise IMF-sensitive absorption line indices, abundance ratio effects free, to propose diagnostic diagrams to constrain the possible variability of the IMF. These diagnostics will be applied to high quality spectra of a well selected sample of ETGs to constrain its possible variation with galaxy mass and environment. Finally, the effect of varying the IMF on galaxy formation timescales and metal-enrichment will be assessed with the aid of state-of-the-art numerical simulations within a cosmological context. (4) NOMBRE DEL PROPONENTE: Carlos Allende Prieto, Jonay I. González Hernández TITULO DEL TRABAJO: Early Steps of the Milky Way: Old Stars as Tracers of the Formation and Evolution of the Galactic Halo. RESUMEN: Modern observations of the cosmic microwave background, distant galaxies, and supernovae tightly constrain the age of the universe: the Big Bang took place billion years ago, and the first hydrogen, helium and lithium nuclei where created. All the rest of the elements were synthesized later, mainly by nuclear reactions in stellar interiors or supernovae. The most metal-poor stars, witnessed the formation of the Milky Way, and have chemical compositions that are close to the pristine mixture from the Big Bang nucleosynthesis, polluted by one or very few supernovae. Such stars are key for understanding how galaxies form, what were the masses of the first stars in the universe, and what were the yields of the first supernovae driving the early chemical evolution of the Milky Way. Unfortunately, these stars are extremely rare, with only three known with less than 1/100,000 of the solar iron abundance. We propose to take advantage of the largest spectroscopic survey ever conducted in the Galatic halo, the Sloan Digital Sky Survey (SDSS), to identify extremely metal-poor stars, and follow them up to derive their detailed chemical compositions with facilities at La Palma and ESO. To date, SDSS has observed more than a hundred thousand Ftype turnoff halo stars and their spectra are available in the public archive. In addition, as a participating institution in the survey, we have propietary access to a growing sample of F-type stars observed with the upgraded BOSS spectrographs on the 2.5-m SDSS telescope which nobody else is analyzing. Our plan is to fit model spectra to these stars to identify the most metal-poor targets, follow them up with ISIS on the 4.2- m WHT to confirm their classification, and use some of the largest telescopes available to us to study in detail the most interesting ones. (5) Nombre del director o directores: Carlos M. Gutiérrez Título del trabajo: La naturaleza de las fuentes de rayos X ultra luminosas Se trata de un proyecto de carácter observacional con el que se pretende estudiar la naturaleza de las fuentes de rayos X ultra-luminosas (ULX). Las principales propiedades de estas fuentes son: i/ se encuentran en aproximadamente un 10 % de los discos y halos de galaxias cercanas, ii/ presentan una luminosidad en rayos X intermedia entre la de las estrellas binarias y las de los agujeros negros presentes en núcleos de galaxias activas, iii/ los espectros de rayos X de algunos de estos objetos pueden ser modelados con un disco frío de acreción, y iv/ algunas de ellas muestran variabilidad rápida en rayos X. Estas propiedades apuntan a que los ULX serían la manifestación de la acreción en objetos compactos de masas ~ Mo. De ser así estaríamos en presencia de un nuevo tipo de objeto astrofísico para el que se

3 plantean numerosas interrogantes en torno a su origen, mecanismo de formación, estabilidad, etc. Algunos de estos objetos se manifiestan en el óptico inmersos en una nebulosa de ionización que sería ionizada por los fotones procedentes del disco de acreción en torno al agujero negro. El estudio de estas contrapartidas ópticas (fotometría, morfología y principales rasgos espectrales como la línea de emisión de HeII 4686 A) puede, en principio, revelar las condiciones físicas de la nebulosa y de la fuente que actúa como ionizante. En algunos casos se ha detectado la que sería estrella compañera de dicho agujero negro, por lo que una medida de la curva de rotación permitiría una determinación dinámica de la masa del agujero negro. Con observaciones tanto fotométricas como espectroscópicas en telescopios de 4-10 m pretendemos detectar y analizar las posibles contrapartidas ópticas de una muestra representativa seleccionada entre los candidatos más prometedores a ULX con el fin de probar la naturaleza de dichas fuentes. (6) Nombre del director o directores: Carme Gallart Título del trabajo: Lo que nos dicen las estrellas de las galaxias: estudiando evolución galáctica en el Grupo Local. Las galaxias más próximas, y muy especialmente las del Grupo Local, nos ofrecen la oportunidad de estudiar sus historias evolutivas, incluyendo las características de los primeros eventos de formación estelar, con un nivel de detalle espectacular y son, por lo tanto, objetos clave para aportar información a uno de los temas que suscita mayor interés en Astrofísica: el problema de la formación y evolución de las galaxias. Esto es así gracias al hecho de que, para estas galaxias, podemos obtener fotometría y espectroscopia de sus estrellas individuales, y usar la teoría de evolución estelar para calcular edades que nos permitirán obtener la historia de formación estelar (HFE) y de enriquecimiento químico en gran detalle. Proponemos realizar este tipo de trabajo para algunas galaxias del Grupo Local (GL). Para ello utilizaremos observaciones obtenidas con instrumentos punteros en investigación Astrofísica actual: telescopios de clase 10 m (GTC y VLT de forma preferente) y/o HST, junto a telescopios de clase 4 m dotados con detectores de gran campo. De la variedad de aspectos que pueden abordarse y objetos en que este tipo de análisis puede realizarse, la tesis se centrará en uno de los siguientes: (i) estructura espacial de la HFE y de la relación edad-metalicidad en las Nubes de Magallanes, a partir de diagramas color-magnitud profundos; ii) determinación de la historia de enriquecimiento químico en el disco de M33 a partir de espectroscopia del triplete del Ca II (CaT) y/o caracterización de su sistema de cúmulos estelares; (iii) estudio de las poblaciones estelares en galaxias enanas del GL, a partir de sus poblaciónes de estrellas variables (RR Lyrae, Cefeidas). (7) Nombre del director o directores: Héctor Socas Titulo del trabajo: LongTerm Evolution of Solar Active Regions El momento actual nos proporciona una oportunidad única para atacar el estudio de la evolución temporal de las regiones activas en el sol. Esto es así debido a 1)el lanzamiento del observatorio espacial SDO, y 2) la coincidencia con el máximo del ciclo de actividad solar este año, por lo que abundan los targets a estudiar. Por primera vez se dan las condiciones para hacer un estudio observacional de cómo emergen las regiones activas, confirmar o desmentir si, como se ha propuesto, se forman por aglomeración de pequeños elementos que se mantienen unidos durante la vida de la mancha y acaban separándose al final de su vida. Se plantea hacer el primer estudio sistemático de oscilaciones torsionales en el campo magnético y buscar la posible existencia de oscilaciones en los componentes individuales de la mancha, lo que daría información sobre el campo en el interior solar

4 (8) Nombre del director o directores: Ismael Pérez Fournon TÍtulo del trabajo: Las galaxias más distantes y luminosas del Universo Se propone un proyecto de tesis orientado al estudio de las galaxias más distantes y luminosas del Universo descubiertas en los cartografiados de gran área HerMES y Herschel-ATLAS llevados a cabo con el Observatorio Espacial Herschel. Las primeras galaxias Herschel a desplazamientos al rojo muy altos han sido descubiertas por el proyecto HerMES: Riechers et al (Nature) y Dowell et al. (2013). Desde 2011 hemos llevado a cabo un gran diversidad de observaciones de seguimiento de las primeras galaxias infrarrojas muy distantes con los principales observatorios en tierra y espaciales en prácticamente todos los rangos del espectro. Nuestro grupo está haciendo aportaciones clave en estos estudios con los telescopios GTC y WHT y los radiotelescopios de IRAM. (9) Nombre del director o directores: Johan Knapen Titulo del trabajo: Disk structure at low and intermediate redshifts In the project, we will collect and analyse the deepest available images of edge-on and highly-inclined galaxies at a range of redshifts from 0 to unity, and study their vertical and radial structure. We are particularly interested in any possible systematic changes with redshift of the properties of thick disks on the one hand, and breaks and truncations in the radial surface brightness profiles on the other, all of which would place direct and stringent observational constraints on a variety of galaxy evolution models and scenarios. We will use mostly optical data from a variety of surveys, using individual images, co-adding images to reach greater sensitivity, or combining them to study colours. The images, from Sloan, Stripe82, and from various public surveys with the Hubble Space Telescope, are the deepest and best at our disposal, and will allow us to reach new conclusions about how disk galaxies are formed and evolve. (10) Nombre del director o directores: Javier Licandro Goldaracena y Julia de León Cruz Titulo del trabajo: Compositional study of primitive asteroids We propose a thesis based on an ultraviolet-visible-near-infrared spectroscopic study of a significant number of primitive asteroids. In particular, we will focus on three different but related groups: (i) primitive asteroids classified as B-types located in the main belt; (ii) asteroids from two primitive collisional families in the inner belt (Polana and Erigone), which are considered the most likely sources of primitives NEAs; and (iii) primitive NEAs considered good targets of space missions. There is a significant lack of data for asteroids in the Polana and Erigone families, and therefore any spectroscopic survey in this sense will be a major contribution. The link between primitive NEAs and primitive families in the inner belt is suggestive but not definitive, so it needs for confirmation and detailed study. And the characterization of targets of space missions is crucial for the definition of the missions and the design of the instrumentation on-board. Those are the main objectives of this thesis work. (11) Nombre del director o directores: José Miguel Rodríguez Espinosa y Casiana Muñoz Tuñón Titulo del trabajo: The sources responsible for the re-ionization of the Universe The main aim of this project is to detect and quantify the sources responsible for the reionization of the Universe, by studying the population of star forming galaxies at z ~ 6. We have deep GTC imaging data ready for this project to start without delay. The outcome of this work will be the determination of the Star Formation Rates at different

5 redshifts to compute the density of ionizing photons. This will tell us whether 1) the sources seen are sufficient to re-ionize the Universe, and 2) whether it is necessary to introduce a two-step re-ionization. Additionally, we will be able to measure Star Formation Rates, as well as provide an estimation of whether these sources tend to appear in clusters. (12) Nombre del director o directores: Jorge Sánchez Almeida; Carlos Allende Prieto Titulo del trabajo: Automated algorithms to data-mine astronomical size astronomical databases Both, the volume of data produced by the new astronomical instrumentation and the catalogues set up to distribute them demand automated analyses. We have been using kmeans, an automated classification algorithm, for massive astronomical datamining from pre-analysis to spectral classification. This thesis tries to expand the current limits of kmeans and make it available to the astronomical community. It will be integrated as part of the distribution of the APOGEE stellar parameter pipeline. Moreover, we will address the classification of truly blind surveys, we will try k-means for photometric redshift determinations, and we will adapt it to morphological galaxy classification. It will also allow to collect (and publish) a database of rare astronomical objects, found as outliers of the various classifications. (13) Nombre del director o directores: Jorge Sanchez Almeida; Casiana Munoz Tunon Titulo del trabajo:title: Cold-flows in the local Universe According to numerical models, the accretion of cold pristine gas streams seems to be the preferred mode of galaxy disk assembly. We have recently discovered such coldflow accretion at work in the local universe. The thesis aims at quantifying its importance as a mechanism for disk growth in the local Universe. It has to separate parts: (1) the detailed characterization of particular galaxies undergoing cold-flow accretion, and (2) the modeling of the so-called fundamental metallicity relationship to infer what fraction of current star formation is sustained by cold-flow accretion. (14) Nombre del director o directores: Javier Trujillo Bueno Titulo del trabajo: Polarized Radiation Diagnostics for Exploring the Magnetic Activity of the Outer Solar Atmosphere This research project aims at a breakthrough in the development and application of polarized radiation diagnostic methods for measuring the magnetic fields of the chromosphere, transition region and corona of the Sun. We plan to achieve this by modeling the Stokes polarization profiles produced by optical pumping and the Hanle and Zeeman effects in several spectral lines, such as those of Ba II, Na I, Sr II, Ca II, Mg II, H I and He II. To this end, we will combine our know-how and expertise on atomic physics, on high-precision spectropolarimetry, on advanced methods in numerical radiative transfer, and on the confrontation of spectropolarimetric observations with theoretical Stokes profiles computed using increasingly realistic models of the extended solar atmosphere. (15) Nombre del director o directores: Jorge Casares Velázquez Titulo del trabajo: Variabilidad y Determinación de Masas en Binarias con Agujeros Negros y Estrellas de Neutrones

6 Las binarias de rayos X (BRXs) son sistemas interactivos en los que una estrella fria y poco masiva transfiere materia sobre una estrella de neutrones o agujero negro a través de un "disco de acrecimiento". Se conocen ~ 150 BRXs persistentes (en rayos X) o activas en la Galaxia, la inmensa mayoría con estrellas de neutrones acretantes. Existe, por otro lado, una población subyacente de ~10³ BRXs transitorias en estado de quietud, que sólo pueden ser descubiertas por satélites de rayos X durante erupciones ocasionales. Se conocen actualmente ~30 contrapartidas ópticas de BRXs transitorias y sus estudios dinámicos revelan que el ~70 % contienen agujeros negros. La medida precisa de sus parámetros fundamentales (en especial las masas de los objetos compactos y distribución de períodos) es fundamental para el estudio de los procesos de formación de estrellas compactas y la evolución de sistemas binarios interactivos. No obstante, la pobre estadística, unida a limitaciones relacionadas con la dificultad de detectar a la estrella compañera, impiden avanzar en el conocimiento de estos parámetros. En esta tesis proponemos (i) incrementar la muestra estudiando nuevas BRXs que descubran los satélites de rayos X y (ii) explotar nuevas técnicas, de las que nuestro grupo es pionero, para medir masas dinámicas en BRXs sometidas a intensa irradiación. La tesis se realizará en estrecha colaboración con T. Muñoz Darias, actualmente en la Universidad de Southampton. (16) Nombre del director o directores: Martín López Corredoira Titulo del trabajo: Morfología y dinámica en las regiones más externas del disco de la Vía Láctea El disco externo a distancias mayores de 15 kpc del centro Galáctico es una de las regiones más desconocidas de nuestra Galaxia en cuanto a las poblaciones estelares que la ocupan y a su estructura vertical y radial. En este trabajo doctoral, se propone para el estudiante un estudio amplio de tal tema consistiendo en el análisis morfológico, cinemático y dinámico de estas estrellas periféricas y así poder determinar los rasgos que caracterizan el disco más externo: escalas, alabeo, ensanchamiento, posible truncamiento y sus consiguientes propiedades cinemáticas y causas dinámicas asociadas. Para ello se explotarán grandes cartografiados como el ya disponible SDSS y los futuros datos de la misión GAIA. Aparte del trabajo observacional, se espera también que el estudiante desarrolle cierto trabajo teórico, principalmente en el campo de la dinámica, pero también en aspectos de explotación de datos tales como la inversión de ecuaciones integrales y otros. (17) Nombre del director o directores: Mercedes Prieto Munoz. Titulo del trabajo: Evolución de las galaxias E-S0 masivas a z<0.6. Una de las cuestiones abiertas en el campo de la formación y evolución de las galaxias es como y cuando se han terminado de ensamblar los objetos mas masivos que existen actualmente (básicamente, galaxias E-S0 de la Secuencia Roja). El papel central que los modelos jerárquicos atribuyen a las fusiones mayores en esta cuestión ha sido cuestionado por el fenómeno observacional del mass downsizing en los últimos anos. Prieto et al. (2013) han retomado recientemente esta cuestión analizando una muestra de galaxias masivas en la Secuencia Roja a 0.3<z<1.5. Este estudio ha proporcionado evidencia observacional directa de que la mayor parte de la migración de masa desde la parte masiva de la Nube Azul a la Secuencia Roja a 0.6<z<1.2 se ha debido a fusiones mayores de galaxias, pero carece de completitud a z<0.6. Estos resultados están en buen acuerdo con las predicciones del modelo semianalítico de Eliche-Moral et al. (2010), que también predice que este ensamblaje a través de fusiones mayores de las E-S0's masivas se debió congelar en torno a z~0.6, siendo otros los procesos que han contribuido a la evolución de estas galaxias desde entonces. Se desconoce, por tanto, que procesos contribuyen más notablemente a la evolución de esta población galáctica en los últimos ~6 Ganos y si realmente las

7 fusiones mayores cesaron de ensamblarlas a z~0.6. En este proyecto, proponemos realizar el estudio de una muestra completa de galaxias E-S0 a z<0.6 para cuantificar la relevancia de distintos procesos en su evolución, con especial interés en los efectos de las fusiones menores. Para ello realizaremos un análisis fotométrico de estas galaxias perfeccionando la metodología de Prieto et al. (2013), centrándonos no solo en su evolución numérica, sino también en la evolución de sus poblaciones estelares, y completando el estudio con el análisis de los efectos de fusiones menores sobre las galaxias E-S0 a través de simulaciones de N-cuerpos. Tanto los datos observacionales como las simulaciones están ya disponibles. (18) NOMBRE DE LOS PROPONENTES: Romano Corradi y Antonio Mampaso TITULO DEL TRABAJO: Las nebulosas planetarias como indicadores de la química de las regiones externas de las galaxias RESUMEN: Se propone una tesis doctoral para mejorar sustancialmente la medida de las abundancias químicas en las regiones externas de las tres grandes espirales del Grupo Local (MW, M31 y M33). Se usarán las nebulosas planetarias (NPs) como indicadores precisos de la evolución química de las poblaciones estelares progenitoras y del medio interestelar del cual se formaron. La medida de los gradientes químicos de los discos galácticos en sus regiones más externas (que actualmente están muy pobremente determinados), y la comparación de las abundancias en los discos, halos, y colas de interacción con galaxias satélites, proporcionarán información importante para acotar los modelos de evolución de las galaxias espirales. (19) Nombre del director o directores: Roger Hoyland Titulo del trabajo: 4th and 5th Generation Instrumentation to measure B-modes in CMB polarization The main scientific objectives are to detect (or constrain) the presence of primordial gravitational waves (GW) through their imprint on the polarization properties of the CMB anisotropies; to set constraints on the existence of primordial magnetic fields (PMF) in the Universe; and to characterize the polarization properties of the physical mechanisms that emit in microwaves (synchrotron, dust and radio-source emission mainly). This thesis will have two major parts. Firstly the thesis Project will include the participation in instrument test and verification as well as the commissioning of the Forty GigaHerz Instrument (FGI) in the QUIJOTE project. This instrument will be the 3rd polar array developed for the project following the successful implementation of the MFI and TGI instruments. Secondly, in the final year of the project and also in parallel with the FGI work, the student will participate in a design study for a 5th generation instrument. The design study will be based on collaborative work with other institutes and a prototype built at the IAC. This instrument is expected to involve an immense correlator the size of that used in ALMA and SKA to correlate approximately 100 baselines. (20) Nombre del Director o Directores: Alejandro Oscoz y Rafael Rebolo Título del trabajo: Estudios de materia oscura bariónica con cámaras ultrarrápidas: agujeros negros de masa intermedia y objetos subestelares. La construcción de FastCam por el IAC ha abierto campos de investigación totalmente nuevos al permitir observar en el límite de difracción de los telescopios donde se ha instalado. La unión de la técnica de lucky imaging y la óptica adaptativa en el nuevo instrumento AOLI (Adaptive Optics Lucky Imager) llevará estas investigaciones a un nivel superior. Por otro lado, dos consecuencias de Fastcam han sido los instrumentos Wide-FastCam y FastCam-Coro (coronógrafo). En esta tesis se pretende aprovechar estos cuatro instrumentos únicos en el mundo para profundizar en dos campos

8 distintos, pero relacionados con la búsqueda y caracterización de diversos tipos de materia oscura bariónica: detección y análisis de agujeros negros de masa intermedia en cúmulos globulares; descubrimiento y estudio de objetos subestelares enanas marrones y planetas extrasolares.

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