Seminar about “The High Energy Universe: Ultra High Energy Cosmic Rays, Active Galactic Nuclei and Gamma-ray Bursts”

by
Hercules A (an active galactic nucleus). Visible light image obtained by Hubble Telescope superposed with a radio image taken by the Very Large Array (VLA)

Guest: Dr. Athina Meli, Liège University, Belgium and Athens Institute for Education and Research, Greece

When: 23 May 2018, from 11:00

Where: ISS, Auditorium

Abstract:

The Universe is filled with a rich diversity of high-energy phenomena and highly energetic processes. Great developments in astrophysical observations over the last years, as well as in-tandem simulation studies, opened a wide window into the understanding of the electromagnetic wavebands of astrophysical phenomena, from the radio waves up to the high-energy gamma-rays but also to high energy cosmic-rays, which carry a multitude of information about the most energetic phenomena in Cosmos. Accelerated particles (cosmic-rays) are believed to be created in the cataclysmic ”explosions” of astrophysical sources like Gamma-Ray-Bursts and in the jets of Active Galactic Nuclei. The acceleration of cosmic-rays and the emission of very high energy electromagnetic radiation (i.e., x-rays, gamma-rays) mostly occur in the relativistic superalfvenic cosmic plasmas and jets that act as cosmic accelerators. In this talk I will give an overview of these high-energy accelerators and will discuss the mechanisms responsible to producing very high-energy cosmic rays and radiation.

Contact person: Dr. Ioana Dutan <idutan[at]spacescience[dot]ro>

 

Seminar despre “Universul ultra energetic: radiații cosmice de energie ultra-înaltă, galaxii cu nucleu activ și explozii de radiații gama”

by
Hercules A (o galaxie cu nucleu activ). Imagine obținută în lumina vizibilă cu Telescopul Hubble suprapusă peste o imagine obtinută în domeniul radio cu VLA (Very Large Array)

Invitat: Dr. Athina Meli, Universitatea Liège, Belgia și Institutul pentru Educație și Cercetare din Atena, Grecia

Când: 23 mai 2018, de la 11:00

Unde: ISS, Auditorium

Abstract:

În Universul nostru se petrece o diversitate de fenomene de energie foarte înaltă. Dezvoltarea din ultimii ani a instrumentelor de observare a fenomenelor din Univers, în tandem cu simulările numerice pe calculator, ne-a lărgit profund orizontul de ințelegere a modului în care se produc aceste fenomene, folosind, pe de o parte, datele obervaționale obținute în tot domeniul spectral al radiației electromagnetice, pornind de la undele radio si ajungând pâna la radiațiile gama de energie foarte înalta, și utilizând, pe de altă parte, datele obținute din detectarea radiațiilor cosmice de energie înalta. Aceste radiații cosmice pot dezvălui o multitudine de informații privind producerea celor mai energetice fenomene din Univers. Accelerarea particulelor (sau a radiațiilor cosmice) se consideră că se produce (i) în exploziile cataclismice a anumitor tipuri de stele, asociate cu exploziile de radiații gama, și (ii) în jeturile relativiste asociate cu nucleul galaxiilor active. Accelerarea radiațiilor cosmice și emisia de radiații electromagnetice de energie foarte înalta (e.g., radiații X, gama) se produc, în general, în plasma relativistă superalfvenică și în jeturi de plasmă, acestea acționând ca niște acceleratoare cosmice. În acest seminar, voi prezinta o trecere în revistă a proceselor fizice asociate cu aceste acceleratoare cosmice și voi discuta despre mecanismele responsabile pentru producerea radiațiilor cosmice și emisia de radiație electromagnetică de energie foarte înaltă.

Persoană de contact: Dr. Ioana Dutan <idutan[at]spacescience[dot]ro>

Intensive Course about: Computational Methods for Kinetic Processes in Plasma Physics

by
Particle-in-cell numerical simulations for an electron-proton plasma jet with a larger radius. Credit: Nishikawa et al., Galaxies, 5(4), 58, 2017.

Instructor: Dr. Ken-Ichi Nishikawa, University of Alabama, Huntsville, SUA

When: 21-25 May 2018. Course hours:

Mo: 2pm-4pm;
 Tu: 10am-12am and 2pm-4pm; Wed: 2pm-4pm;
 Thu: 10am-12am and 2pm-4pm; Fri: 10am-12am

Where: ISS, Auditorium

Abstract:

This course is intended to provide students/researchers with basic concepts of computer simulations using a particle-in-cell (PIC) numerical code in order to understand kinetic processes in plasmas. PIC simulation is, in principle, an accurate method and provides the widest range of plasma effects. Nowadays, the computer power is powerful enough to perform reasonable 3-dimensional (3D) simulations to investigate realistic plasma dynamics. The course will cover the fundamental concepts of plasma simulation by performing small 3D electromagnetic codes with applications to relativistic jets. Starting with a brief introduction to plasma physics, the mathematics and physics behind the algorithms will be described. We will explore how PIC simulations reveal plasma behaviors as they are highly nonlinear phenomena. Some examples of how to run the PIC simulations will be also given.

Overview:

  1. Plasma physics on computer (general description)
  2. Kinetic plasma simulations (nonphysical instability, approximate nonlinear analysis, plasma behavior, linear weighting, nonphysical effects)
  3. How PIC works (cold plasma dispersion, plasma dispersion function)
  4. Electrostatic codes (grid quantities, beat heating)
  5. Electromagnetic codes (hybrid oscillation, warm and unmagnetized plasmas)
  6. Finite-difference time-domain Maxwell solver on Yee grid: leapfrog algorithm
  7. Particle movers: Boris’s algorithm
  8. Conservative charge deposition method
  9. Boundary conditions (particles and fields)
  10. Simulations for astrophysical plasmas
  11. Recent work: (1) Weibel instability in relativistic jets (radiation, weighted beam) and (2) Reconnection (particle acceleration)

Reference: “Plasma Physics via Computer Simulation (Series in Plasma Physics)”, C.K. Birdsall & A.B. Langdon; Programs in the text book are written in Fortran.

Prerequisites: Elementary physics (Bachelor level)

Registration: Subscription for attending the course should be sent to Dr. Ioana Dutan <idutan[at]spacescience[dot]ro>, with your name, status (e.g., student, researcher) and affiliation, no later than May 15th 2018.

The event can be followed live on the ISS Facebook and YouTube channels.

List of participants

Photo Gallery:

Curs Intensiv despre: Metode numerice pentru procese cinetice în fizica plasmei

by
Simulări numerice de particule-în-celulă pentru un jet relativist alcătuit din plasmă compusă din electroni și protoni. Credit: Nishikawa et al., Galaxies, 5(4), 58, 2017.

Instructor: Dr. Ken-Ichi Nishikawa, Universitatea din Alabama, Huntsville, SUA

Când: 21-25 mai 2018. Orele de curs:

Lu: 2pm-4pm;
 Ma: 10am-12am and 2pm-4pm; Mie: 2pm-4pm;
 Joi: 10am-12am and 2pm-4pm; Vin: 10am-12am

Unde: ISS, Auditorium

Abstract:

Acest curs îsi propune să furnizeze studenților/cercetătorilor concepte de bază privind simulările computaționale folosind un cod numeric de tipul particule-în-celulă (PIC), pentru a putea înțelege procesele cinetice (la nivel microscopic) în plasma. Metoda PIC este, principial, corectă și poate explica o plajă largă de efecte în plasmă. În zilele noastre, puterea clusterelor de calculatoare este suficient de mare pentru a efectua simulări rezonabile tridimensionale (3D) pentru dinamica plasmei. Cursul va acoperi conceptele fundamentale folosite în simulări utilizând coduri 3D electromagnetice pentru aplicații la jeturile relativiste. Plecând de la o scurtă prezentare a fizicii plasmei, matematica si fizica din spatele algoritmilor folosiți în codurile numerice vor fi prezentate. Vom explora modul în care simulările PIC descriu comportarea plasmei în regim neliniar. Câteva exemple privind modul în care se execută codurile PIC vor fi prezentate.

Cuprins:

  1. Fizica plasmei pe calculator (descriere generală)
  2. Simulari cinetice a plasmei (instabilități nefizice, aproximări în analiza neliniară, 
comportarea plasmei, weighting liniar, efecte nefizice)
  3. Cum functionează metoda PIC (dispersie n plasma rece, funcția de dispersie a plasmei)
  4. Coduri electrostatice (cantităti în grid, încălzirea prin impulsuri)
  5. Coduri electromagnetice (oscilații hibride, plasma caldă și nemagnetizată)
  6. Metoda de diferente finite Maxwell într-un grid Yee: algoritmul leapfrog
  7. Deplasarea particulelor în grid: algoritmul lui Boris
  8. Metoda de depozitare a particulelor în grid și conservarea sarcinii
  9. Condiții la limită (pentru particule și câmpuri)
  10. Simulări pentru plasma din astrofizică
  11. Rezultate recente: (1) Instabilitatea Weibel în jeturi relativiste și (2) Reconexiune magnetică

Referință: “Plasma Physics via Computer Simulation (Series in Plasma Physics)”, C.K. Birdsall & A.B. Langdon; Programele din carte sunt scrise în Fortran

Cunostințe necesare: Fizica elementară (nivel de licență)

Înscriere: Pentru a participa la curs, vă rugam să trimiteți un email adresat Dr. Ioana Dutan <idutan[at]spacescience.ro>, menționând numele dumneavoastră, statutul (e.g., student, cercetator) și afilierea, nu mai târziu de 15 mai 2018.

Lista participanti

 

Galerie foto:

Seminar about: Reconnection and associated flares in global relativistic jets containing helical magnetic fields with particle-in-cell simulations

by
Dr. Ken-Ichi Nishikawa, University of Alabama in Huntsville, USA

Guest: Dr. Ken-Ichi Nishikawa, University of Alabama in Huntsville, USA

When: 21th May 2018, from 11:00

Where: Institute of Space Science – ISS (Auditorium)

Abstract:

The discovery by Advanced LIGO/Virgo of gravitational waves from the binary neutron star (BNS) merger GW170817 triggered sequential observations of the electromagnetic counterparts, which has opened the era of multi-messenger astronomy. These multi-frequency observations provide us profound information to investigate the processes from the generation of gravitational wave, associated relativistic jets and merger ejecta, and consequently radiation from the interaction of jets and ejecta with interstellar medium. The investigation of these phenomena requires extensive and systematic theoretical and computational research with various observations. In the study of relativistic jets one of the key open questions is their interaction with the environment on the microscopic level. We have studied the initial evolution of both electron–proton and electron–positron relativistic jets containing helical magnetic fields, focusing on their interaction with an ambient plasma. We have performed particle-in-cell simulations of “global” jets containing helical magnetic fields in order to examine how helical magnetic fields affect kinetic instabilities such as the Weibel instability, the kinetic Kelvin-Helmholtz instability (kKHI) and the Mushroom instability (MI) using a larger jet radius. In our previous simulation study, these kinetic instabilities are suppressed and new types of instabilities can grow. In the electron-proton jet simulation a recollimation-like instability occurs near the center of jet. In the electron-positron jet simulation mixed kinetic instabilities grow and the jet electrons are accelerated. In this talk, I will present results of synthetic radiation spectra that are obtained directly from simulations using much larger systems for global jets containing helical magnetic fields., which can then be compared with observations of gamma-ray burst objects. I will also present possible mechanisms of X-ray flare production for such objects due to magnetic reconnection.

Contact person: Dr. Ioana Dutan <idutan[at]spacescience[dot]ro>

 

Seminar ISS despre: Reconexiune și strălucirile asociate în jeturile relativiste care conțin câmpuri magnetice elicoidale cu simulări de particule-în-celulă

by
Dr. Ken-Ichi Nishikawa, Universitatea din Alabama în Huntsville, SUA

Invitat: Dr. Ken-Ichi Nishikawa, Universitatea din Alabama în Huntsville, SUA

Când: 21 mai 2018, 11:00

Unde: ISS, Auditorium

Abstract:

Descoperirea de către Advanced LIGO/Virgo a undelor gravitaționale provenite de la ciocnirea a doua stele neutronice binare, GW170817, a declanșat efectuarea de observații în domeniul undelor electromagnetice, fapt care a deschis așa-numita eră a astronomiei multi-mesageri. Aceste observații în multiple frecvențe ne-au furnizat informații privind procesele de generare a undelor gravitaționale și a jeturilor relativiste/ejecta produse ca urmare a ciocnirii celor două stele neutronice, precum și a radiației emise prin procesele de interacțiune dintre jeturile relativiste/ejecta și mediul interstelar. Investigarea acestor fenomene necesită un studiu teoretic și computațional intensiv și sistematic în combinație cu diferite observații astronomice. În studiul jeturilor relativiste, una dintre cele mai importante teme o constituie analiza interacției dintre aceste jeturi și mediul interstelar, la nivel microscopic. Am studiat, separat, evoluția jeturilor relativiste alcătuite din (i) plasma de electroni-protoni și din (ii) plasma de electroni-pozitoni, care conțin câmpuri magnetice elicoidale, concentrându-ne pe modul în care acestea interacționează cu mediul ambiant. Am efectuat simulări globale de particule-în-celulă a jeturilor care conțin câmpuri magnetice elicoidale pentru a examina modul în care aceste câmpuri afectează producerea instabilităților în plasmă la nivel microsopic (cum ar fi: instabilitatea Weibel, instabilitatea cinetică Kelvin-Helmholtz și instabilitatea Mushroom), atunci când se simulează un jet cu o rază mult mai mare decât în cazurile precedent studiate. Anterior, în simulările noastre cu raza mică, tipurile de instabilități cinetice menționate mai sus au fost suprimate și noi tipuri de instabilități au fost produse. Pentru jetul de electroni-protoni, o instabilitate de tipul recolimare se produce aproape de centrul jetului. Pentru jetul de electroni-pozitroni, un amestec de instabilități se produc și electronii din jet sunt accelerați. În acest seminar, o să prezint rezultatele obținute pentru spectrele sintetice calculate direct din simulări, folosind un sistem de simulare larg pentru jeturi care conțin câmpuri magnetice elicoidale. Aceste spectre pot fi apoi comparate cu cele obținute prin observarea exploziilor de radiații gama. De asemenea, voi prezenta posibile mecanisme de producere a strălucirilor în domeniul razelor X datorită reconexiunii magnetice, strălucirii asociate cu obiectele în care se produc exploziile de radiații gama.

Persoană de contact: Dr. Ioana Dutan <idutan[at]spacescience[dot]ro>

“Școala Altfel” la ISS, Ediția 2018

by

In săptămâna 26-30 Martie, 2018, a avut loc “Școala Altfel” la ISS, timp în care zilnic o echipă de tineri cercetători entuziaști i-au fașcinat pe vizitatori cu noțiuni științifice fundamentale, mini experimente și explorări spațiale, chiar și într-un mediu foarte atractiv de realitate virtuală. Peste 400 de elevi de la clasele pregătitoare, primare și gimnaziale, insoțiți de profesori și părinți, veniți din Măgurele, București și Ploiești, ne-au trecut pragul în laboratoarele noastre în cadrul Programului Național “Școala Altfel: să știi mai multe, să fii mai bun”.

Elevii au putut deveni așadar exploratori spațiali pentru o zi, aflând câte puțin din tainele activităților de cercetare desfășurate la Institutul de Știinte Spațiale (ISS) din Măgurele. Astfel, cei mici au descoperit noțiuni noi despre fizică în general, iar cei mai mari și-au aprofundand unele cunoștințe dobândite deja la clasă sau acasă despre evoluția și structura Universului, a Sistemului Solar, a unei Găuri Negre sau a materiei în general.

Programul de vizită oferit la ISS a fost unul variat, atractiv și adaptat la audiență cu prezentări interactive, discuții libere, mici experimente pentru observarea spre exemplu a fenomenelor care au loc în urma interacțiilor dintre Soare și Pământ, a urmelor de ionizare lăsate de particulele cosmice dezvoltate în atmosferă, precum și alte observații variate prin ocularul microscopului la emulsii nucleare, prin ocularul telescopului la Soare și prin ochelari de realitate virtuală la Sistemul Solar și Univers.

Persoană de contact, Dr. fiz. Gina Isar <isar [at] spacescience [dot] ro >

Galerie foto

 

 

 

 

Conference about “Societal changes determined by the national program of JAXA Space Education Center”

by

Organizers: ISS and the White Cross Foundation

Guests:

When: 6th March 2018, from 09:00

Where: Institute of Space Science – ISS (Auditorium)

Abstract:

The speakers, experts of JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), will present the premises, methods used and the national program results of promoting curiosity and the adventure spirit, as well as creativity, applied to children with the purpose of generating not only further generations of researchers in aerospace sciences but moreover citizens with broad vision and respect for scientific research.

Access to the conference <see program > will be made exclusively upon registration here.

The event can be followed live on the ISS Facebook and YouTube channels.

Contact person: Cristian Dumitru Ionescu <idcristi[at]spacescience[do]ro>

 

Conferință despre “Schimbările societale determinate de programul național al Centrului de Educație JAXA”

by

Organizatori: ISS și Fundația Crucea Albă

Invitați:

Când: 6 martie 2018, de la orele 09:00

Unde: Institutul de Știinte Spațiale – ISS (Auditorium)

Abstract:

Vorbitorii, specialiști de marca ai JAXA (Agenția Japoneză pentru Explorarea Aerospațială), vor prezența premisele, metodele utilizate și rezultatele programului național de promovare a curiozității, a spiritului de aventură și a creativității aplicate a copiilor cu scopul de a genera nu numai viitoare generații de cercetători în științe aerospațiale dar mai ales cetățeni cu viziune largă și respect pentru cercetarea științifică.

Accesul la Conferință <vezi program > se va face exclusiv pe bază de înscriere aici.

Evenimentul va fi transmis live pe paginile ISS de Facebook si YouTube.

Persoană de contact: Cristian Dumitru Ionescu <idcristi[at]spacescience[do]ro>

 

Participation of the Institute of Space Science to LISA space mission

by
Illustration of a LISA mission satellite. © AEI/MM/exozet; GW simulation: NASA/C. Henze

The Institute of Space Science was represented at the LISA Consortium Meeting – LISA Phase A Activities, which took place between January 29th – 30th, 2018, at the Max-Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute), in Hannover, Germany, by Dr. Ion Sorin ZGURĂ, Director of the Institute of Space Science, Dr. Laurențiu Ioan CARAMETE, Head of the Cosmology and AstroParticle Physics Group and Dr. Eugeniu Mihnea Popescu, Head of the High Energy Astrophysics and Advanced Technology Group. The status of the future LISA space mission, which is an L-type (Large) mission of the European Space Agency, was presented, as well as the foreseen contributions of each entity in the consortium.

The Laser Interferometer Space Antenna (LISA) will be the first space-based gravitational wave observatory and it will consist of 3 satellites joined by laser interferometers, placed in a triangle, at a distance of 2.5 million kilometers that will follow the Earth in its orbit around the Sun for an in-depth study of the Gravitational Universe. The satellites will have similar characteristics with the LISA Pathfinder mission, which flew successfully in December 2015 and has tested the most important technical components.

The Institute of Space Science will contribute to the LISA space mission with the Constellation Acquisition Sensor (CAS) system, which will verify the alignment of the 3 satellites, ensuring the acquisition of the laser signal on the interferometric detectors. Together with the Coarse Star Tracker (STR) system, CAS will check the visualization of the laser signal at the scanning maneuver stage. This contribution is fully supported by the Romanian Space Agency (by the programs “Romanian Incentive Scheme”, PRODEX and national programs) and is in excellent agreement with the Institute of Space Science strategy, as well as with the national strategy of research and development in Romania.

At the express request of the LISA Consortium, the Romanian Space Agency (ROSA) appointed as representative in the “LISA National Agency Board” (which has representatives from each national space agency in the consortium) Dr. Marius-Ioan Piso, president and CEO of the Romanian Space Agency, who is recognized by the scientific community as one of the main initiators of gravitational radiation research since the ’80s. Also, Dr. Ion Sorin ZGURĂ, Director of the Institute of Space Science was appointed as delegate member in the LISA National Agency Board.

LISA space mission is proposed by an international consortium made by researchers from Germany, Italy, Switzerland, United Kingdom, Spain, Denmark, Holland, Romania, Belgium, Portugal, Sweden, Hungary and United States of America. The launch of LISA is foreseen in 2034, with a lifetime of the mission for 4 years and the possibility of an extension up to 10 years.

Contact person: Dr. Laurențiu Ioan CARAMETE <lcaramete[at]spacescience[dot]ro>

Photo gallery

 

Dr. Laurențiu Ioan Caramete (left) and Dr. Ion Sorin Zgură (right) at the LISA Consortium Meeting – LISA Phase A Activities
Presentation of the Institute of Space Science contribution, at the LISA Consortium Meeting – LISA Phase A Activities, given by Dr. Laurențiu Ioan Caramete