Linhas de Pesquisa e Projetos

As galáxias lenticulares ou S0s representam mais de 50\% das galáxias de alta massa do Universo local; no entanto, seus mecanismos de formação ainda não estão claros, especificamente qual é o papel da massa da galáxia e do ambiente circundante na formação de galáxias lenticulares. Entretanto, algumas S0s de baixa massa podem ser objetos primordiais. Trabalhos recentes apontaram que as galáxias S0 poderiam ser um grupo de objetos muito diferentes, compartilhando um perfil isofotal semelhante. Neste projeto investigamos a origem das galáxias lenticulares usando fotometria multi-banda (S-PLUS, J-PLUS, J-PAS) e cinemática das nebulosas planetárias e dos cúmulos globulares. De fato, a razão entre a luz contida no bojo e a luz total das galáxias (obtida através de ajuste isofotal) trazem informações importantes sobre a evolução da mesma. A cinemática, obtida com trocadores discretos, no entanto, detém pistas sobre a formação da parte mais fraca da galáxia, até 4/5 raios efetivos. Combinando estes achados podemos reconstruir os diferentes caminhos evolutivos das galáxias lenticulares e achar objetos primordiais, fósseis do universo da alta redshift. Finalmente, usando os parâmetros morfométricos obtidos, podemos encontrar análogas das S0s nas simulações, como IllustrisTNG. Comparando os números e características das lenticulares obtidas nos levantamentos multi-banda e nas simulações, podemos também investigar a habilidade das mesmas em representar o universo local.
Responsável: Arianna Cortesi

O Universo primordial era originalmente muito homogêneo e isotrópico, com pequenos desvios na densidade de energia da ordem de uma parte sobre cenmil. Essas superdensidades primordiais cresceram através de instabilidades gravitacionais formando, após 12 Gyrs, as estruturas complexas que vemos no Universo local. O objetivo deste projeto é estudar a distribuição de galáxias, para diferentes morfologias e tipos espectrais, e em vários redshifts, a fim de caracterizar como esses parâmetros evoluíram ao longo do tempo. Existem várias maneiras de recuperar esses parâmetros e classificar galáxias: desde a classificação humana realizada por astrônomos profissionais, à ciência cidadã, até a classificação automatizada baseada em softwares, como Galfitm, e técnicas de aprendizado profundo "deep learning” (DL). Os dois últimos têm a vantagem de serem imparciais e muito eficientes. Os levantamentos S-PLUS, J-PLUS e J-PAS são ideais para este tipo de estudo devido aos seus sistemas de filtros, que combinam filtros de banda larga e estreita, e permitem recuperar não só os parâmetros morfológicos das galáxias, mas também o seu redshift fotométrico e propriedades das populações estelares, via ajuste do SED (spectral energy distribution). Obteremos parâmetros morfológicos de galáxias, como o índice Sérsic, nos dados S-PLUS iDR4 e miniJPAS/JNEP. Combinamos essas informações com os desvios para o vermelho fotométrico da galáxia e as medidas do ambiente. Além disso, os parâmetros morfológicos recuperados podem ser usados para realizar vários estudos de acompanhamento, como no contexto da formação de halos.
Responsável: Arianna Cortesi

Nebulosas planetárias (PNe) e estrelas simbióticas (SySt) são alguns dos objetos mais interessantes e fascinantes do universo. PNe são bolhas de gás ionizado, produzidas a partir de estrelas de massas baixas e intermediárias, quando aproximam-se de seu destino final. Representam uma fase crucial na vida de ~95% das estrelas. Identificamos ~3.500 (das 50.000 previstas teoricamente) PNe na Via Láctea, mas apenas 14 são do halo, e estas são relevantes porque fornecem pistas importantes sobre estrelas muito velhas, e nos dão informações fundamentais sobre as condições químicas primordiais da Galáxia, incluindo sua história de formação estrelar. SySt (conhece-se ~300 das 30.000 esperadas) são sistemas binários formados por estrelas evoluídas: uma gigante fria e uma quente (anã branca). São cruciais porque permitem o estudo da física das fontes supermacias de raios-X, de colimação de ventos estelares e da formação de jatos. SySt podem originar SNe Ia, importantíssimas na escala de distâncias cosmológicas. Encontrar PNe e SySt é o foco deste projeto. Estamos vivendo uma era de gigantescos levantamentos fotométricos, ópticos e em multibanda, como VPHAS+, J-PLUS, S-PLUS e o vindouro J-PAS. Nosso grupo faz parte dos últimos três desses projetos e nos quatro procuramos PNe e SySt. Somando-se a esses, RAMSES II (do qual sou PI) é um projeto internacional do consórcio Gemini que visa mapear as SySt nas galáxias anãs do Grupo Local, com uma banda de emissão que só existe nesses objetos. Toda(o)s –(ex-)estudantes e (ex-)pósdocs – do grupo de pesquisa em Nebulosas Fotoionizadas são integrantes do HUNTRESS.

Responsável: Denise Rocha Gonçalves

Podemos aproveitar-nos da disponibilidade de uma quantidade importante de informações – tais quais, a taxa de formação estelar, a quantidade de hidrogênio neutro e molecular, a densidade superficial de estrelas, a distribuição de metalicidade – para testar os modelos de evolução química de galáxias de diferentes tipos. A abundância dos elementos pesados e sua variação em escalas cosmológicas devido à formação estelar, são os vínculos mais importantes para tais modelos. A espectroscopia óptica de objetos com linhas de emissão é essencial para a derivação das abundâncias químicas. Enquanto regiões H II revelam a química atual das galáxias (milhões de anos), as PNe informam sobre a época da formação de suas estrelas centrais, bilhões de anos atrás. Com ambos estuda-se de forma muito elegante, pois baseamos-nos nos mesmos métodos de inferência de abundâncias, a evolução química das galáxias. O fazemos no Grupo Local porque, a distâncias maiores do que ~4 Mpc já não podemos resolver espacialmente tais objetos. Porém, dado que nem todos os aspectos da derivação de abundâncias químicas em regiões H II e PNe são satisfatórios, também trabalhamos na melhor formulação dos fatores de correção de ionização (que dão conta da fração de íons que não é observada). Este estudo faz-se, com códigos de fotoionização, particularmente com aqueles tridimensionais. Desta forma, este projeto destina-se tanto a obter dados observacionais para derivar a evolução química das galáxias, quanto a aprimorar os métodos de derivação de abundâncias, para que sejam capazes de tratar nebulosas dos diferentes tipos morfológicos. Participam: estudantes, pósdocs e colaboradores externos.

Responsável: Denise Rocha Gonçalves

As galáxias no universo local são o resultado de uma série de processos astrofísicos que transformaram meras concentrações de gás nas estruturas complexas que observamos hoje. Para desenvolver um modelo completo sobre a evolução de galáxias é preciso caracterizar as galáxias locais, já que elas contêm o "registro fóssil" desta evolução; qualquer modelo evolutivo válido precisa reproduzir as características que observamos nas galáxias locais. Com o intuito de criar um censo detalhado das propriedades de galáxias locais, a equipe iniciou o levantamento observacional “Census of Austral Nearby GAlaxies” ou CANGA. Este programa consiste no imageamento profundo de uma grande amostra (~1000) galáxias acessíveis desde o hemisfério Sul em 4 bandas ópticas (griz) com o instrumento Goodman no telescópio SOAR (Chile). Os dados obtidos até agora representam o começo do mapeamento óptico mais profundo de galáxias próximas no hemisfério Sul, atingindo uma sensibilidade ~15 vezes além de outros estudos (e.g., SDSS no hemisfério Norte). A equipe deu inicio à construção de distribuições espectrais de energia (SED, pela sigla em inglês) para cada pixel de cada galáxia observada (com uma resolução espacial de <250 pc). O ajuste com SEDs teóricos revela o histórico de formação de cada região sub-galáctica — gerando mapas de populações estelares com idades, distribuição de massa estelar, etc. — e permite uma comparação com galáxias geradas em simulações cosmológicas. Juntando com dados no infravermelho e no ultravioleta, a equipe visa caracterizar pela primeira vez o histórico de formação pixel-a-pixel da maior amostra de galáxias locais no hemisfério Sul, com um foco atual em estruturas estelares (esferoide, disco, barra, etc.).

Responsável: Karín Menéndez-Delmestre

Segundo o modelo cosmológico atual as galáxias se formam em locais pré-determinados pelo colapso gravitacional de matéria escura: a matéria escura colapsa devido à gravidade e cria poços de potencial nos quais a matéria bariônica colapsa ao longo de estruturas filamentares e planares. Estas subsequentemente virializam e podem formar os aglomerados de galáxias que vemos hoje. Identificar os estágios iniciais desses aglomerados (ou protoaglomerados) é uma ferramenta poderosa para rastrear o crescimento de halos de matéria escura à medida que o universo envelhece e para investigar a interação entre matéria luminosa (gás, poeira e estrelas) e matéria escura. Fazendo um zoom nas galáxias individuais, o processo pelo qual as galáxias adquirem seu gás e formam estrelas também depende fortemente da distribuição subjacente de matéria escura. Seja pela fusão de halos individuais de galáxias massivas (origem das elípticas massivas) ou pelo acreção de gás intergaláctico via choques e esfriamento lento, o crescimento e a distribuição de massa estelar das principais estruturas observadas em galáxias (e.g., bojo, disco, barra) são regulados pelo potencial gravitacional subjacente definido pelo halo de matéria escura da galáxia. A equipe estuda galáxias no universo próximo e distante para sondar a distribuição espacial e a evolução da matéria escura subjacente: (1) nas escalas maiores (10s de Mpc), estudando protoaglomerados e a interação com a matéria luminosa que influencia fortemente a evolução subsequente de aglomerados de galáxias; e (2) nas menores escalas (10s de kpc), onde a subestrutura do halo de matéria escura regula a formação dos principais componentes da galáxia, influenciando, consequentemente, a morfologia das galáxias, a presença de estruturas estelares e a distribuição de massa em escala galáctica.

Responsável: Karín Menéndez-Delmestre

Galáxias anãs podem ser encontradas em diferentes ambientes: de regiões sub-densas de galáxias (os vazios cósmicos) até aglomerados ricos. O estudo das anãs em baixas densidades permite entender o processo de acreção de massa sem a interação com galáxias massivas. As anãs em ambientes de alta densidade mostram como a interação com seus arredores podem alterar suas propriedades, transformando galáxias anãs ricas em gás e formadoras de estrelas em galáxias "passivas" em que a formação estelar é interrompida e o meio interestelar removido O objetivo deste projeto é estudar os efeitos de diferentes tipos de ambientes sobre o hidrogênio atômico (HI), a componente principal do meio interestelar em galáxias anãs. O Widefield ASKAP L-band Legacy All-sky Blind surveY (WALLABY) é um levantamento rádio de nova geração no hemisfério Sul, obtido com o telescópio Australian Square Kilometer Array Pathfinder (ASKAP), um dos precursores do radiotelescópio SKA.

Responsável: Marco Grossi

Encontrar galáxias anãs de baixa metalicidade no Universo local é crucial para estudar o processo de formação de estrelas em um meio interestelar (MI) pobre em metais e entender como se desenvolveram as galáxias primordiais. Neste projeto procuramos novas candidatas a galáxias de baixa metalicidade aplicando técnicas de seleção fotométricas a levantamentos de imagens em grande escala como o Southern Photometric Local Universe Survey (SPLUS). Os objetos selecionados são em seguida considerados para acompanhamento espectroscópico com o telescópio Gemini/GMOS ao fim de medir a abundância de metais e confirmar sua natureza quimicamente pouco evoluída. O objetivo final será estudar a relação massa metalicidade e o processo de enriquecimento químico do MI no regime de baixo conteúdo de metais.

Responsável: Marco Grossi

O método Derivative Approximation of the LIkelihood (DALI) é um poderoso método proposto recentemente e capaz de fornecer curvas de confiança para parâmetros de um modelo em geral de modo muito mais rápido que métodos de Markov-Chain Monte Carlo (MCMC). O uso desse método foi exemplificado em cosmologia, mas o seu potencial ainda não foi bem explorado. Como os métodos DALI e MCMC são completamente gerais, eles se aplicam a todas as áreas da ciência, o que torna importante desenvolver ferramentas para a comunidade. Entre suas capabilidades, DALI é capaz de (i) fornecer previsões sem as limitações do método de Matriz de Fisher; (ii) analisar likelihoods com dezenas de parâmetros; (iii) auxiliar na convergência de métodos de MCMC. O estudante irá trabalhar no desenvolvimento de um código que será eventualmente aberto à toda a comunidade, e (no caso de doutorado) fará as primeiras aplicações deste método a casos de interesse em cosmologia.

Responsável: Miguel Boavista Quartin

É um grande desafio para a cosmologia teórica determinar qual a melhor forma de ultrapassar os limites da Teoria do Campo Efetivo da Estrutura em Grande Escala e sondar mais profundamente as escalas levemente não lineares. Foi proposto recentemente uma abordagem agnóstica que faz o mínimo possível de suposições sobre o modelo cosmológico na análise destes dados. Isto é muito importante pois os métodos tradicionais possuem um certo grau de circularidade, onde é preciso se supor parte das hipóteses que se quer testar com os dados de galáxias em grandes levantamentos atuais (DESI, Euclid, LSST e J-PAS). O projeto consiste em pesquisar metodologias que extraiam o máximo possível desta informação da estrutura em larga escala mantendo o mínimo de hipóteses sobre a cosmologia. No espaço de Fourier, isto significa incluir estatísticas de 2 e 3 pontos (espectro e bispectro de potência) e análise de multitraçadores.

Responsável: Miguel Boavista Quartin

Neste projeto nós planejamos investigar evolução de galáxias em diferentes ambientes no Universo, passando por "voids" (regiões de menor densidade de matéria), filamentos, regiões de "infall" de grupos e aglomerados, até suas regiões centrais. Aglomerados representam as regiões de maior densidade de matéria no Universo. Desta forma, a influência do ambiente na transformação de galáxias nestas regiões é maior do que naquelas chamadas de campo, caracterizadas por baixas densidades. Esta evolução será investigada através da variação ambiental de diversas propriedades de galáxias, como cor, luminosidade e taxa de formação estelar. Caracterizaremos o ambiente pela densidade local de cada galáxia. Para galáxias membro de aglomerados também usaremos a distância ao centro dos mesmos, além da massa, riqueza e luminosidade em raios-X destes sistemas. Assim, poderemos distinguir efeitos locais de globais na evolução de galáxias. Esse projeto é baseado em diferentes levantamentos, como o "DESI Legacy Imaging Surveys", o "Southern Photometric Local Universe Survey" (S-PLUS) e o "Javalambre Physics of the Accelerating Universe Astrophysical Survey" (J-PAS). Estes dados observacionais são únicos para investigação da evolução de galáxias em todos os tipos de ambientes, desde o campo extremo até o centro de aglomerados e as regiões de transição entre eles. Nós iremos amostrar até o raio de virada (“turnaround radius” em inglês; ~5xR200) dos aglomerados, além da estrutura em grande escala em torno destes sistemas, e os filamentos entre aglomerados interagentes. Estes dados também serão importantes para caracterizar a variação ambiental da taxa de formação estelar de acordo com o estado dinâmico dos aglomerados onde as galáxias residem.

Responsável: Paulo Afrânio Augusto Lopes

Neste projeto pretendemos desenvolver ferramentas computacionais, utilizando "Machine Learning" (ML), para aplicações em estudos extragalácticos. Alguns exemplos são: (i) estimativas de "redshift" fotométrico de galáxias e quasares; (ii) separação estrela-galáxia; (iii) seleção de galáxias membro de aglomerados a partir de fotometria (iv) estimativa da densidade local de galáxias; (v) estimativa da massa de aglomerados de galáxias. Essas ferramentas serão desenvolvidas nas linguagens de programação R e Python, sendo testadas e aplicadas a dados de simulações cosmológicas (como "Millennium", "MultiDark" e "Illustris"), assim como dados observacionais (DESI, S-PLUS e J-PAS).

Responsável: Paulo Afrânio Augusto Lopes

Estudo de técnicas de detecção de supernovas, classificação e estimação de redshift desses eventos a partir de dados fotométricos, ajuste curvas de luz, estudo de erros sistemáticos e vinculação de parâmetros cosmológicos.

Responsável: Ribamar Reis

Estudo de viabilidade de modelos cosmológicos alternativos para explicar a aceleração cósmica e estrutura em grande escala: gravitação modificada, modelos inomogêneos e fenomenologia de energia e matéria escura.

Responsável: Ribamar Reis

Galáxias são compostas de matéria escura, gás e estrelas. Neste projeto, tentamos descobrir como o gás é utilizado para a formação de novas estrelas, desde o Big Bang até os dias de hoje. Essa é uma das grandes perguntas da Astronomia Contemporânea, e as recentes descobertas do telescópio espacial James Webb colocam em cheque nosso entendimento clássico sobre a formação de galáxias. Quanto gás as galáxias têm à sua disposição para formar estrelas? Como o gás se distribui em galáxias, e como a matéria escura afeta essa distribuição? Como acontece a formação de buracos negros supermassivos no seu interior, e como isso afeta a formação de novas estrelas? Para estudar os problemas, utilizamos alguns dos maiores telescópios do mundo, incluindo o Keck, VLT e Gemini, comparando os resultados com previsões produzidas por modelos matemáticos em supercomputadores. Além disso, os mais poderosos radiotelescópios do planeta também são fundamentais para a pesquisa, como por exemplo o ALMA, no Chile. Também sou parte da colaboração da câmera TolTEC, uma colaboração entre a Universidade de Massachussetts e o governo mexicano para o radiotelescópio LMT, no México, e alunos do grupo estão envolvidos com o desenvolvimento do instrumento, para produzir os maiores e mais profundos mapas já observados de emissão de microondas no céu, buscando a emissão de gás e poeira em galáxias a dezenas de bilhões de anos-luz de distância.

Responsável: Thiago Signorini Gonçalves

Em algum momento de sua vida, galáxias perdem seus reservatórios de gás, deixando de formar novas estrelas. Nosso grupo se dedica a tentar entender como esse processo acontece. As colisões de galáxias podem acelerar sua morte? Buracos negros supermassivos são responsáveis por expulsar o gás de suas galáxias hospedeiras? Para determinar a causa da morte de galáxias, nosso grupo estuda a idade das suas estrelas. A comparação com simulações computacionais nos permite determinar se estão morrendo rápida ou lentamente, e as observações de outros fenômenos nas mesmas galáxias nos permitem determinar o que pode estar causando seu fim. Para poder investigar melhor o problema, sou coordenador de um grupo de trabalho na construção de uma câmera para o maior telescópio do mundo, o ELT, no Chile, que ficará pronto ao longo da década, em colaboração com pesquisadores na França e na Alemanha. As observações com este supertelescópio nos permitirão determinar a causa da morte não apenas de galáxias próximas, mas também das mais fracas e distantes, avaliando assim a evolução de galáxias ao longo dos últimos 10 bilhões de anos.

Responsável: Thiago Signorini Gonçalves