HIFI observations of warm gas in DR21: Shock versus radiative heating

The molecular gas in the DR21 massive star formation region is known to be affected by the strong UV field from the central star cluster and by a fast outflow creating a bright shock. The relative contribution of both heating mechanisms is the matter of a long debate. By better sampling the excitation ladder of various tracers we provide a quantitative distinction between the different heating mechanisms. HIFI observations of mid-J transitions of CO and HCO+ isotopes allow us to bridge the gap in excitation energies between observations from the ground, characterizing the cooler gas, and existing ISO LWS spectra, constraining the properties of the hot gas. Comparing the detailed line profiles allows to identify the physical structure of the different components. In spite of the known shock-excitation of H2 and the clearly visible strong outflow, we find that the emission of all lines up to > 2 THz can be explained by purely radiative heating of the material. However, the new Herschel/HIFI observations reveal two types of excitation conditions. We find hot and dense clumps close to the central cluster, probably dynamically affected by the outflow, and a more widespread distribution of cooler, but nevertheless dense, molecular clumps.Comment: Accepted for publication by A&

Gas morphology and energetics at the surface of PDRs: new insights with Herschel observations of NGC 7023

We investigate the physics and chemistry of the gas and dust in dense photon-dominated regions (PDRs), along with their dependence on the illuminating UV field. Using Herschel-HIFI observations, we study the gas energetics in NGC 7023 in relation to the morphology of this nebula. NGC 7023 is the prototype of a PDR illuminated by a B2V star and is one of the key targets of Herschel. Our approach consists in determining the energetics of the region by combining the information carried by the mid-IR spectrum (extinction by classical grains, emission from very small dust particles) with that of the main gas coolant lines. In this letter, we discuss more specifically the intensity and line profile of the 158 micron (1901 GHz) [CII] line measured by HIFI and provide information on the emitting gas. We show that both the [CII] emission and the mid-IR emission from polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) arise from the regions located in the transition zone between atomic and molecular gas. Using the Meudon PDR code and a simple transfer model, we find good agreement between the calculated and observed [CII] intensities. HIFI observations of NGC 7023 provide the opportunity to constrain the energetics at the surface of PDRs. Future work will include analysis of the main coolant line [OI] and use of a new PDR model that includes PAH-related species.Comment: Accepted for publication in Astronomy and Astrophysics Letters (Herschel HIFI special issue), 5 pages, 5 figure

Unbounded violation of tripartite Bell inequalities

We prove that there are tripartite quantum states (constructed from random unitaries) that can lead to arbitrarily large violations of Bell inequalities for dichotomic observables. As a consequence these states can withstand an arbitrary amount of white noise before they admit a description within a local hidden variable model. This is in sharp contrast with the bipartite case, where all violations are bounded by Grothendieck's constant. We will discuss the possibility of determining the Hilbert space dimension from the obtained violation and comment on implications for communication complexity theory. Moreover, we show that the violation obtained from generalized GHZ states is always bounded so that, in contrast to many other contexts, GHZ states do in this case not lead to extremal quantum correlations. The results are based on tools from the theories of operator spaces and tensor norms which we exploit to prove the existence of bounded but not completely bounded trilinear forms from commutative C*-algebras.Comment: Substantial changes in the presentation to make the paper more accessible for a non-specialized reade

A chemical survey of exoplanets with ARIEL

Thousands of exoplanets have now been discovered with a huge range of masses, sizes and orbits: from rocky Earth-like planets to large gas giants grazing the surface of their host star. However, the essential nature of these exoplanets remains largely mysterious: there is no known, discernible pattern linking the presence, size, or orbital parameters of a planet to the nature of its parent star. We have little idea whether the chemistry of a planet is linked to its formation environment, or whether the type of host star drives the physics and chemistry of the planet’s birth, and evolution. ARIEL was conceived to observe a large number (~1000) of transiting planets for statistical understanding, including gas giants, Neptunes, super-Earths and Earth-size planets around a range of host star types using transit spectroscopy in the 1.25–7.8 μm spectral range and multiple narrow-band photometry in the optical. ARIEL will focus on warm and hot planets to take advantage of their well-mixed atmospheres which should show minimal condensation and sequestration of high-Z materials compared to their colder Solar System siblings. Said warm and hot atmospheres are expected to be more representative of the planetary bulk composition. Observations of these warm/hot exoplanets, and in particular of their elemental composition (especially C, O, N, S, Si), will allow the understanding of the early stages of planetary and atmospheric formation during the nebular phase and the following few million years. ARIEL will thus provide a representative picture of the chemical nature of the exoplanets and relate this directly to the type and chemical environment of the host star. ARIEL is designed as a dedicated survey mission for combined-light spectroscopy, capable of observing a large and well-defined planet sample within its 4-year mission lifetime. Transit, eclipse and phase-curve spectroscopy methods, whereby the signal from the star and planet are differentiated using knowledge of the planetary ephemerides, allow us to measure atmospheric signals from the planet at levels of 10–100 part per million (ppm) relative to the star and, given the bright nature of targets, also allows more sophisticated techniques, such as eclipse mapping, to give a deeper insight into the nature of the atmosphere. These types of observations require a stable payload and satellite platform with broad, instantaneous wavelength coverage to detect many molecular species, probe the thermal structure, identify clouds and monitor the stellar activity. The wavelength range proposed covers all the expected major atmospheric gases from e.g. H2O, CO2, CH4 NH3, HCN, H2S through to the more exotic metallic compounds, such as TiO, VO, and condensed species. Simulations of ARIEL performance in conducting exoplanet surveys have been performed – using conservative estimates of mission performance and a full model of all significant noise sources in the measurement – using a list of potential ARIEL targets that incorporates the latest available exoplanet statistics. The conclusion at the end of the Phase A study, is that ARIEL – in line with the stated mission objectives – will be able to observe about 1000 exoplanets depending on the details of the adopted survey strategy, thus confirming the feasibility of the main science objectives.Peer reviewedFinal Published versio

Caratterizzazione di alcuni siti della rete accelerometrica nazionale al fine di individuare la risposta sismica locale

Le indagini geotecniche finalizzate alla stima della risposta sismica locale si limitano molto spesso ai primi 30 m di profondità, valore che è diventato uno standard per la classificazione delle caratteristiche di un sito. Negli anni ’90 Borcherdt (1994) e Martin e Dobry (1994) suggerirono 30 m come la profondità standard di indagine per la verifica delle strutture. Boore et al. (1993, 1994, 1997) e Boore e Joyner (1997) basarono le regressioni per il calcolo delle leggi predittive del moto del suolo sullo stesso parametro. Nel 1997 negli Stati Uniti il National Earthquake Hazards Reduction Program (NEHRP) nella stesura delle norme tecniche per le costruzioni in zona sismica (FEMA, 1997) utilizza per la prima volta il parametro Vs30 come indice per la classificazione dei suoli, con lo scopo di definirne l’amplificazione. Le norme tecniche per le costruzioni in zona sismica della comunità Europea, EC8 (ENV, 1998) ente da dati provenienti dagli Stati Uniti occidentali e, utilizzando dati provenienti dalla stessa regione, Wald & Mori (2000) segnalano che le VS,30 non sono molto ben correlate con l’entità dell’amplificazione, in quanto esiste una forte dispersione dei dati. La figura 1.1 mostra il rapporto tra le amplificazioni, mediate sull’intervallo di frequenza compreso tra 3-5 Hz. raccomandano lo stesso parametro per suddividere i terreni, anche se le classi differiscono in parte dalla classificazione NEHRP. Infine, anche in Italia, le Norme Tecniche per le Costruzioni (Normative Tecniche per le Costruzioni, Gazzetta Ufficiale del 14/01/2008) adottano la stessa suddivisione dei terreni adottata dall’EC8.L’attendibilità della velocità delle onde di taglio nei primi 30 m (VS,30) come estimatore della risposta sismica di un sito, in termini di frequenza e amplificazione, è tuttavia molto discussa.Innanzitutto il parametro è stato ricavato unicamente da dati provenienti dagli Stati Uniti occidentali e, utilizzando dati provenienti dalla stessa regione, Wald & Mori (2000) segnalano che le Vs30 non sono molto ben correlate con l’entità dell’amplificazione, in quanto esiste una forte dispersione dei dati. La figura 1.1 mostra il rapporto tra le amplificazioni, mediate sull’intervallo di frequenza compreso tra 3-5 Hz. I valori risultano effettivamente molto dispersi, ma questo risultato può essere spiegato col fatto che non tutte le classi di sito hanno frequenza di risonanza compreso in questo intervallo di frequenza. Perciò per alcuni siti la media è stata calcolata nell’intorno della frequenza di risonanza (sulle amplificazioni massime), mentre per altri è stata calcolata sulle armoniche superiori, che hanno ampiezze minori. Lavori eseguiti con dati provenienti da altre regioni sottolineano come le Vs30 non siano buoni estimatori per la predizione di amplificazioni in bacini profondi (Park & Hashash, 2004), per la stima delle amplificazioni in altre regioni (Stewart et al., 2003) o in presenza di inversioni di velocità (Di Giacomo et al., 2005). Uno studio recente, eseguito su dati giapponesi (Zhao et al., 2006) si è evitato l’uso della Vs30 perché strati spessi di terreno rigido posti sopra il substrato roccioso amplificano il moto di lungo periodo, mentre gli strati sottili e soffici tendono ad amplificare il moto di corto periodo: ciò significa che la VS,30 non può rappresentare il periodo predominante del sito, dato che si basa solo sugli strati superficiali. Secondo Mucciarelli e Gallipoli (2006) il confronto tra l’amplificazione sismica al sito e la Vs30 mostra che quest’ultimo parametro non è adeguato per spiegare gli effetti di sito osservati in Italia a causa delle situazioni geologiche particolari che sono diffuse nel nostro paese. La figura 1.2 mostra la distribuzione dell’ampiezza rispetto alla classe di sito, in cui si vede che le classi sono mal discriminate e le mediane delle classi A e B (indicate dalla linea nera) sono uguali. È però necessario notare che questo grafico è stato costruito utilizzando le ampiezze ricavate col metodo dei rapporti spettrali H/V, ma in letteratura (Bard, 1999) è dimostrato che tali rapporti spettrali permettono di stimare la frequenza di risonanza, ma falliscono nella stima del valore di amplificazione. In particolare la Vs30 sottostima gli effetti locali ai siti con inversione di velocità e li sovrastima in siti con bacini profondi. La Vs30 sembra fornire dei buoni risultati solo in siti che abbiano un profilo di velocità monotono, crescente con la profondità e un forte contrasto di impedenza nella prima decina di metri. Questo studio si propone di verificare l’attendibilità della velocità delle onde di taglio valutate nei primi 30 m come estimatore della risposta sismica di un sito. Per questo scopo sono state selezionate 45 stazioni della Rete Accelerometrica Nazionale, di cui si conoscono i profili stratigrafici e i profili di velocità delle onde di taglio e di compressione. Inoltre sono state raccolte le registrazioni strong motion relative ai terremoti registrati da queste stazioni. Gli effetti di sito sono stati valutati in due modi: · Le registrazioni sono state utilizzate per calcolare i rapporti spettrali H/V per ricavare la frequenza fondamentale propria di ciascun sito (f0) e il relativo valore di amplificazione; · I profili di velocità delle onde di taglio sono serviti per ricavare il modello teorico monodimensionale per il calcolo della funzione di trasferimento del sito, eseguito per mezzo del modello proposto da Haskell e Thomson (Haskell, 1953, Thomson 1950), da cui ricavare la f0 e l’amplificazione. I valori ottenuti con i due metodi sono stati poi confrontati per verificare la congruenza dei risultati. I profili di velocità hanno permesso di classificare le stazioni utilizzando la velocità media delle onde di taglio nei primi 30 m (Vs30), secondo la normativa italiana. I risultati ottenuti dalla valutazione della risposta di ciascun sito, espressi in termini di frequenza fondamentale e amplificazione, sono stati correlati con la rispettiva classe di sito per verificare l’attendibilità del parametro delle Vs30 come estimatore degli effetti di sito

A note on Carleson measures for Hardy spaces

We investigate Carleson measures µ on D where D is the open unit disk in C, along with functional analytic properties of the formal identitiy of the Hardy space H p (D) into the Lebesgue space Lq (µ), for any previously fixed 0 < p, q < ∞. Our corresponding characterizations do not only extend the classical results for measures concentrated on D but also provide different proofs for the latter ones. Among the applications are generalizations to formal identities as above of several results which have been known for composition operators only