Fast Determination of Constellation Membership

The 88 constellations as defined by the IAU segment the sky into regions, separated by an intricate set of boundaries. A binary tree decomposition of this landscape is given which tessellates the celestial sphere into rectangles. This allows a fast determination of the constellation membership of any given sky coordinate.Comment: 4 pages, 1 figur

Hybrid methods in planetesimal dynamics: Formation of protoplanetary systems and the mill condition

The formation and evolution of protoplanetary discs remains a challenge from both a theoretical and numerical standpoint. In this work we first perform a series of tests of our new hybrid algorithm presented in Glaschke, Amaro-Seoane and Spurzem 2011 (henceforth Paper I) that combines the advantages of high accuracy of direct-summation N-body methods with a statistical description for the planetesimal disc based on Fokker-Planck techniques. We then address the formation of planets, with a focus on the formation of protoplanets out of planetesimals. We find that the evolution of the system is driven by encounters as well as direct collisions and requires a careful modelling of the evolution of the velocity dispersion and the size distribution over a large range of sizes. The simulations show no termination of the protoplanetary accretion due to gap formation, since the distribution of the planetesimals is only subjected to small fluctuations. We also show that these features are weakly correlated with the positions of the protoplanets. The exploration of different impact strengths indicates that fragmentation mainly controls the overall mass loss, which is less pronounced during the early runaway growth. We prove that the fragmentation in combination with the effective removal of collisional fragments by gas drag sets an universal upper limit of the protoplanetary mass as a function of the distance to the host star, which we refer to as the mill condition.Comment: Submitte

Studying the Formation of Protoplanets : A new Hybrid Code for Planetesimal Dynamics

Diese Arbeit präsentiert neuartige Simulationen zur Entstehung von Planeten, wobei der Schwerpunkt auf der Entstehung von Protoplaneten aus Planetesimalen liegt. In diesem Stadium wird die Entwicklung des System von Kollisionen und Zwei-Körper-Streuungen bestimmt, die eine sorgfältige Modellierung der Entwicklung der Geschwindigkeitsdispersion und der Größenverteilung über den ganzen Größenbereich erfordern. Zu diesem Zweck wurde ein neues Hybridprogramm entwickelt, genannt Nbody6Disc, um den vollen Größenbereich von kilometergroßen Planetesimalen bis zu Protoplaneten abzudecken. Es vereint die Vorteile eines N-Körper-Ansatzes zur Integration der größeren Körper mit einem zusätzlichen statistischen Modell zur Beschreibung der kleineren Planetesimale. Dieses Programm wird auf die Entstehung von Protoplaneten angewendet. Die Simulationen zeigen kein Beenden der protoplanetaren Akkretion durch die Entstehung von Lücken in der Planetesimalverteilung, sondern nur schwache Fluktuationen in der Oberflächendichte. Darüber hinaus sind diese Strukturen nur schwach mit den Positionen der Protoplaneten korreliert. Die Untersuchung verschiedener Schlagfestigkeiten zeigt, daß die Fragmentation von Planetesimalen hauptsächlich den gesamten Massenverlust kontrolliert, der aber während des frühen Wachstums der Protoplaneten relativ gering ist. Es zeigt sich, daß Fragmentation in Verbindung mit dem schnellen Verlust der Fragmente durch Gasreibung eine obere Grenze für die Masse der Protoplaneten in Abhängigkeit vom Abstand zum Zentralstern setzt

Hybrid methods in planetesimal dynamics (I) : Description of a new composite algorithm

The formation and evolution of protoplanetary systems, the breeding grounds of planet formation, is a complex dynamical problem that involves many orders of magnitudes. To serve this purpose, we present a new hybrid algorithm that combines a Fokker-Planck approach with the advantages of a pure direct-summation N-body scheme, with a very accurate integration of close encounters for the orbital evolution of the larger bodies with a statistical model, envisaged to simulate the very large number of smaller planetesimals in the disc. Direct-summation techniques have been historically developped for the study of dense stellar systems such as open and globular clusters and, within some limits imposed by the number of stars, of galactic nuclei. The number of modifications to adapt direct-summation N-body techniques to planetary dynamics is not undemanding and requires modifications. These include the way close encounters are treated, as well as the selection process for the "neighbour radius" of the particles and the extended Hermite scheme, used for the very first time in this work, as well as the implementation of a central potential, drag forces and the adjustment of the regularisation treatment. For the statistical description of the planetesimal disc we employ a Fokker-Planck approach. We include dynamical friction, high- and low-speed encounters, the role of distant encounters as well as gas and collisional damping and then generalise the model to inhomogenous discs. We then describe the combination of the two techniques to address the whole problem of planetesimal dynamics in a realistic way via a transition mass to integrate the evolution of the particles according to their masses

Die Rolle des Schilddrüsenhormons bei der Ausprägung und Aufrechterhaltung der Zapfenopsin-Expressionsmuster in der Mausretina

Die Maus hat wie die meisten Säugetiere zwei Zapfenopsine, das S-Opsin (UV-empfindlich) und das M-Opsin (grün-empfindlich). Die Zapfen werden nach dem jeweils exprimierten Opsin S-Zapfen oder M-Zapfen genannt. Bei der Maus wird die Zapfenzahl embryonal festgelegt, aber das Opsin-Expressionsmuster entwickelt sich erst postnatal (Szel et al. 1998). In der ersten Postnatalwoche (PWo 1) exprimieren alle Zapfen über die gesamte Retina das S-Opsin. Ab PWo 2 kann das M-Opsin immunzytochemisch nachgewiesen werden. Eine Besonderheit der adulten Maus ist die Koexpression beider Opsine in vielen Zapfen (Dualpigmentzapfen; Lukats et al. 2005). Außer einer geringen Zahl "echter" S-Zapfen exprimieren alle Zapfen das M-Opsin entweder allein oder zusammen mit dem S-Opsin (Szel 1993, Applebury 2000, Haverkamp et al. 2005). Das adulte wildtypische Zapfenmuster besteht aus gegenläufigen dorso-ventralen Gradienten der S- und M-Zapfen (Szel 1993, Applebury 2000). Das M-Opsin wird stärker in der dorsalen Retina exprimiert und die Expression nimmt zur ventralen Retina ab. In der ventralen Retina exprimieren alle Zapfen das S-Opsin, in der dorsalen Retina ist die Zahl der S-Zapfen sehr gering. Das adulte Zapfenmuster entsteht durch einen Wechsel von S- zu M-Opsinexpression in vielen Zapfen. Die Expression der Opsine wird während der postnatalen Entwicklung durch den Schilddrüsenhormonrezeptor beta 2 (TRbeta2) reguliert. Ein Fehlen des TRbeta2 (TRbeta2 -/-) führt zum Verlust des M-Opsins und zur Expression des S-Opsins in allen Zapfen (Ng et al. 2001). Auch das Schilddrüsenhormon und der Retinsäurerezeptor gamma (RXRgamma) sind Regulatoren in der postnatalen Entwicklung der Opsinexpression (Roberts et al. 2005, 2006). Die Pax8 -/- Maus hat durch den Verlust des Pax8-Gens eine mißgebildete Schilddrüse, die kein Schilddrüsenhormon produzieren kann (Mansouri et al. 1998). In der vorliegenden Studie wurde die Auswirkung der postnatalen Hypothyreose von Pax8 -/- auf die Entwicklung des Auges und der Retina im Alter von PWo 3 untersucht. Die Ergebnisse von Pax8 -/- wurden mit Pax8 +/- und +/+ Wurfgeschwistern verglichen. Die Hypothyreose von Pax8 -/- wurde durch Messung der Schilddrüsenhormonwerte im Blut bestätigt. Die Augenparameter unterscheiden sich nicht zwischen Pax8 -/- und den Kontrolltieren. Auch die Entwicklung der Retina ist bei allen drei Pax8-Genotypen gleich. Pax8 -/- zeigt keine Veränderungen in der Schichtung der Retina sowie der Morphologie untersuchter Zelltypen. In allen drei Pax8-Genotypen konnten die Transkripte der S- und M-Opsine und des Stäbchenopsins nachgewiesen werden. Auch die Transkripte des TRbeta2, der Deiodinase 2 und der Deiodinase 3 wurden ermittelt. Anhand dieser Ergebnisse kann die Aussage gemacht werden, daß die Hypothyreose von Pax8 -/- keinen Einfluß auf die generelle postnatale Entwicklung des Auges und der Retina zeigt. Im Gegensatz dazu ist die Auswirkung der Hypothyreose auf die Ausprägung des S- und M-Zapfenmusters gravierend. Sie wurde durch Dichtezählungen der S- und M-Zapfen analysiert. Zunächst wurde das Zapfenmuster der wildtypischen Maus-Stämme C57, Sv129 und Pax8 +/+ untersucht. Alle drei Wildtypen zeigen im Alter von PWo 3 und PWo 22 (adult) ein vergleichbares Zapfenmuster mit gegenläufigem dorso-ventralem Gradienten der S- und M- Zapfen. Auch die heterozygote Pax8 +/- Maus zeigt das wildtypische Zapfenmuster. Pax8 -/- hingegen hat ein verändertes Zapfenmuster. Die S-Zapfendichten sind bei PWo 3 und PWo 22 über die gesamte Retina gleich, so daß kein Gradient ausgebildet ist. Die Veränderung im M-Zapfenmuster von Pax8 -/- ist bei PWo 3 deutlich zu sehen, während das adulte M-Zapfenmuster wieder wildtypisch erscheint, hier scheint also eine verzögerte normale Entwicklung vorzuliegen. Durch eine Substitution mit Thyroxin (T4) ab P2 kann bei Pax8 -/- das wildtypische Zapfenmuster erzeugt werden, somit ist das Schilddrüsenhormon für die Ausprägung des Zapfenmusters während der postnatalen Entwicklung verantwortlich. Weitere Versuche zeigen, daß die Opsinexpression während des ganzen Lebens plastisch und Schilddrüsenhormon-abhängig ist. Eine Unterbrechung der T4-Substitution ab PWo 4 führt bei Pax8 -/- zum Rückgang auf das hypothyreote Zapfenmuster. Auch wenn Pax8 -/- erst im adultem Alter mit T4 substituiert wird, ist eine Veränderung des Zapfenmusters sichtbar. Eine künstlich durch Methimazol erzeugte Hypothyreose in adulten C57-Mäuse führt ebenfalls zu einer Veränderung des Zapfenmusters, das dann mit dem Zapfenmuster von Pax8 -/- identisch ist. Zusammenfassend erlauben die Ergebnisse den Schluß, daß das Schilddrüsenhormon über die Expression der Opsine die Ausprägung des Zapfenmusters sowohl während der Entwicklung reguliert, als auch für eine Aufrechterhaltung des Zapfenmusters während des ganzen Lebens benötigt wird. Dieser Befund hat auch klinische Relevanz. Die nicht seltene Neugeborenen-Hypothyreose beim Menschen wird heute durch eine direkt nach der Geburt beginnende lebenslange Thyroxin-Substitution therapiert. Nach unseren Befunden bei der Maus könnte dies auch für die Aufrechterhaltung einer normalen Zapfenopsin-Expression und damit eines normalen Sehvermögens notwendig sein

N-body Models of Rotating Globular Clusters

We have studied the dynamical evolution of rotating globular clusters with direct $N$-body models. Our initial models are rotating King models; we obtained results for both equal-mass systems and systems composed out of two mass components. Previous investigations using a Fokker-Planck solver have revealed that rotation has a noticeable influence on stellar systems like globular clusters, which evolve by two-body relaxation. In particular, it accelerates their dynamical evolution through the gravogyro instability. We have validated the occurence of the gravogyro instability with direct $N$-body models. In the case of systems composed out of two mass components, mass segregation takes place, which competes with the rotation in the acceleration of the core collapse. The "accelerating" effect of rotation has not been detected in our isolated two-mass $N$-body models. Last, but not least, we have looked at rotating $N$-body models in a tidal field within the tidal approximation. It turns out that rotation increases the escape rate significantly. A difference between retrograde and prograde rotating star clusters occurs with respect to the orbit of the star cluster around the Galaxy, which is due to the presence of a ``third integral'' and chaotic scattering, respectively.Comment: 16 pages, 17 figures, accepted by MNRA

A Component of Retinal Light Adaptation Mediated by the Thyroid Hormone Cascade

Analysis with DNA-microrrays and real time PCR show that several genes involved in the thyroid hormone cascade, such as deiodinase 2 and 3 (Dio2 and Dio3) are differentially regulated by the circadian clock and by changes of the ambient light. The expression level of Dio2 in adult rats (2–3 months of age) kept continuously in darkness is modulated by the circadian clock and is up-regulated by 2 fold at midday. When the diurnal ambient light was on, the expression level of Dio2 increased by 4–8 fold and a consequent increase of the related protein was detected around the nuclei of retinal photoreceptors and of neurons in inner and outer nuclear layers. The expression level of Dio3 had a different temporal pattern and was down-regulated by diurnal light. Our results suggest that DIO2 and DIO3 have a role not only in the developing retina but also in the adult retina and are powerfully regulated by light. As the thyroid hormone is a ligand-inducible transcription factor controlling the expression of several target genes, the transcriptional activation of Dio2 could be a novel genomic component of light adaptation

Does interferometry work? A critical look at the foundations of interferometric surface topography measurement

© 2019 SPIE. Interferometers for the measurement of surface form and texture have a reputation for high performance. However, the results for many types of surface features can deviate from the expectation of one cycle of phase shift per half wavelength of surface height. Here we review the fundamentals of imaging interferometry and describe ways of defining instrument response, including the linear instrument transfer function. These considerations define practical regimes of linear behavior that are usually satisfied for traditional uses of interferometers; but that are increasingly challenged by applications involving complex textures and high surface slopes. We conclude by proposing pathways for further improving performance on difficult surface structures using advanced modeling techniques