Linhas de Pesquisa e Projetos

Astrofísica de Altas Energias, Extragaláctica e Cosmologia

1A evolução química do Grupo Local: nebulosas planetárias e as regiões HII
A abundância dos elementos pesados e sua variação em escalas cosmológicas, devido à formação estelar, são os vínculos mais importantes para modelos de evolução química de galáxias de diferentes tipos. A espectroscopia óptica de objetos com linhas de emissão é essencial para a derivação dessas abundâncias químicas. As regiões HII revelam a composição química atual, que pode ser contrastada com aquela dada pelas PNe que informa sobre a época da formação de suas progenitoras, em um passado distante. Utilizamos telescópios de grande porte (Gemini e VLT) para através de espectroscopia ótica de multi-objeto derivar as abundâncias químicas dos elementos mais abundantes nas galáxias e oferecer vínculos robustos para os modelos.

Responsável: Denise R. Gonçalves
2A evolução de galáxias em aglomerados em interação
Neste projeto nós planejamos investigar evolução de galáxias em aglomerados em interação, previamente selecionados pelo satélite Planck, e também observados pelo observatório Chandra em raios-X. Os aglomerados são bastante luminosos em raios-X (Lx > 10 45 erg/s) e representam aglomerados em interação em diferentes estágios do processo de fusão (não perturbados, com forte interação, e sistemas pós fusão). Além dos dados em raios-X usaremos dados fotométricos da “Dark Energy Camera” (DECam) para aglomerados até z ~ 0.35. Nós seremos capazes de investigar diferentes processos atuando nas distribuições do gás intra-aglomerado, das galáxias e da matéria escura. Este estudo terá grande impacto na investigação das relações morfologia e cor-densidade para 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” (~4-5xR200) dos aglomerados, além da estrutura em grande escala em torno destes sistemas, e os filamentos entre aglomerados interagentes. No Universo local (z < 0.1) temos um subconjunto de sistemas em interação com dados fotométricos e espectroscópicos (SDSS).

Responsável: Paulo Lopes
3A formação de galáxias starburst: histórico dos últimos 10 bilhões de anos
O estudo de galáxias em alto redshift é notoriamente difícil, devido às grandes distâncias envolvidas. No entanto, a compreensão de como estas galáxias se formaram é fundamental para o entendimento da evolução do universo, já que a maior parte das estrelas observadas hoje foi criada nestas galáxias distantes. Neste projeto, propomos estudar uma amostra de galáxias em baixo redshift (z~0.2) análogas às galáxias distantes, e que permitem uma análise detalhada dos processos físicos presentes em tais objetos. Este é um projeto fundamentalmente observacional, utilizando alguns dos observatórios mais avançados do mundo, como o HST, Keck, Blanco e ALMA, e técnicas avançadas de imageamento, espectroscopia, óptica adaptativa e interferometria, combinando dados em diversos comprimentos de onda com o objetivo de entender o ambiente em que estas galáxias vivem e o seu processo de formação estelar, desde o reservatório de gás até a formação de novas estrelas em regiões mais densas. O objetivo final do projeto é entender mais profundamente os processos que levam às elevadas taxas de formação estelar observadas em galáxias starburst em alto e baixo redshift.

Responsável: Thiago Signorini Gonçalves
4Astropartículas
Estudo de raios cósmicos de altíssima energia (RCAE) com o Observatório Auger. Modelagem e Métodos de análise estatística de dados. Fontes e estudos de anisotropia de RCAEs. Física hadrônica associada a chuveiros amosféricos extensos. Modelagem astrofísica de aceleração de partículas.

Responsável: João R. Torres de Mello Neto
5Calibração de massa de grupos e aglomerados de galáxias
A estimativa de massa de sistemas de galáxias é uma parâmetro chave para estudos cosmológicos baseados na abundância de aglomerados e evolução desta com o tempo cósmico. Estimativas baseadas na distribuição do gás ou das galáxias são muito custosas observacionalmente. Desta forma a calibração de massa com observáveis de baixo custo (como luminosidade em raios-X ou riqueza óptica) são fundamentais. Neste projeto primeiro estimamos a eficiência de dois estimadores de massa baseados na distribuição de galáxias. O primeiro método seleciona membros usando a técnica de shifting-gapper seguido de uma análise do virial. O segundo é o método da cáustica. A eficiência de ambos é verificada com o auxílio de simulações cosmológicas. Também verificamos diferenças entre nossas estimativas de massa e resultados obtidos em raios-X ou por lentes gravitacionais. Estimativas de subestrutura são usadas para avaliar o impacto do estado dinâmico na estimativa de massa e nas relações de escala.

Responsável: Paulo Lopes
6Detecção e análise de dados de supernovas
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
7Estruturas estelares em galáxias: barras, aneis and all that jazz
Uma das perguntas mais críticas em Astronomia é como as galáxias se formam e evoluem. Para desenvolver um modelo completo sobre a formação e evolução de galáxias os astrônomos precisam estudar galáxias tanto no universo distante como no universo local. O estudo de galáxias distantes provê uma visão direta dos primeiros estágios de formação das galáxias. Em contrapartida, a caracterização do Universo local nos permite estabelecer a diversidade em propriedades astrofísicas existentes em galáxias. O levantamento intitulado Spitzer Survey of Stellar Structure in Galaxies (S4G), baseado em imagens no infravermelho médio, oferece uma visão única da distribuição em massa estelar numa amostra de >3000 galáxias do universo local. Este é o maior e mais profundo levantamento no infravermelho médio do universo próximo e fornece um conhecimento sem precedentes da distribuição de massa em galáxias. O conjunto de dados S4G representa o ponto final de toda a evolução cosmológica de galáxias: qualquer modelo ou simulação que procure formar galáxias e compreender a evolução destas deve reproduzir o que o levantamento S4G demonstra. O objetivo principal de S4G é criar o inventario referência no univero local da distribuição de estruturas estelares e da massa estelar. Estudamos de forma estatística a presença de barras, anéis, braços espirais, assim como a distribuição de massa estelar nestes.

Responsável: Karín Menéndez-Delmestre
8Evolução de galáxias em pares e tripletos
Neste projeto pretendemos investigar as propriedades de galáxias agrupadas em pares e tripletos selecionados como isolados no Universo local (z < 0.08). Queremos verificar a dependência das propriedades destas galáxias com a massa estelar e o grau de interação delas. Iremos analisar a variação da cor, taxa de formação estelar, concentração e assimetria das galáxias em pares e tripletos. Também compararemos os resultados destas com o de galáxias isoladas, verificando o que é mais relevante para a evolução destas, se a interação com galáxias próximas ou processos seculares. Apesar da amostra de pares e tripletos ser considerada isolada verificaremos se estes objetos estão próximos de regiões de queda de grupos e aglomerados de galáxias. A interação com estes sistemas pode acelerar a evolução das galáxias. Nossa amostra de galáxias isoladas, pares e tripletos foi selecionada por Argudo-Fernández et al. (2015). Nosso trabalho é baseado em dados do Sloan Digital Sky Survey (SDSS) e do Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE). Selecionaremos dados espectroscópicos do SDSS e fotométricos dos dois levantamentos (SDSS e WISE).

Responsável: Paulo Lopes
9Galáxias starburst anãs de baixa metalicidade
As galáxias ãnas compactas azuis (ACAs) são uma classe de galáxias anãs ricas em gás e pobres em metais e poeira, numa fase de intensa formação estelar. Ainda não está claro como as estrelas se formam em condições de baixa metalicidade e o meio interestelar (MI) quase primordial das ACAs é um ambiente único para estudar o processo de formação estelar em sistemas quimicamente menos evoluidos. O foco do projeto será usar o levantamento na região conhecida como Stripe 82 para construir uma amostra de ACAs de baixa metalicidade a baixo redshift. Aproveitando a cobertura multi-comprimento de onda da região (do ultravioleta ao rádio) será possível medir os parâmetros globais das galáxias (taxa de formação estelar, massas estelares), determinar as propriedades dos seus MI (conteúdo de gás atômico e poeira, metalicidade) e derivar suas historias de formação estelar. Os catálogos de grupos e aglomerados na região Stripe 82 também serão usados para investigar o tipo de ambiente em que essas galáxias estão evoluindo, para entender o mecanismo que está desencadeando o “starburst”. O conhecimento adquirido destes sistemas locais é essencial para a nossa compreensão das propriedades das galáxias primitivas a altos redshifts.

Responsável: Marco Grossi
10Lentes gravitacionais em cosmologia
As distorções nas imagens causadas pela distribuição de matéria em larga escala podem ser usadas para estudá-la. Nosso projeto de pesquisa consiste em criar ferramentas refinadas para realizar este estudo, com o foco nas distorções causadas nas imagens de velas padrão (como supernovas Ia) e em galáxias distantes. Fazendo uso de grandes simulações numéricas também estudamos as probabilidades de ocorrência de lenteamento fraco e forte em imagens distantes.

Responsável: Miguel Quartin
11Quasares, mecânica estatística e relatividade
Neste projeto aplicamos metodologias de mecânica estatística para fazer previsões da função de luminosidade da amostra de quasares do Sloan Digital Sky Survey. Utilizamos particularmente a entropia estatística e suas propriedades para nossa modelagem. Temos alguns resultados preliminares, e esperamos que com novos dados obtidos pela missão Gaia da ESA, possamos elaborar e verificar melhor o nosso modelo. Além disso, outro objetivo deste projeto é investigar na variabilidade dos quasares o efeito de redshift causado pelo buraco negro de Kerr associado.

Responsável: Alexandre Lyra de Oliveira
12Modelos cosmológicos alternativos
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
13Protoaglomerados – a busca de regiões sobre-densas no universe distante
Num universo ΛCDM, as galáxias se formam em locais pré-determinados pelo colapso gravitacional de matéria escura: a matéria escura colapsa primeiro devido à gravidade e cria poços de potencial nos quais a matéria bariônica colapsa ao longo de estruturas filamentares e planares, formando estruturas em grande escala. Estas subsequentemente virializam e podem formar os aglomerados de galáxias que vemos hoje. Estes proto- aglomerados distantes são então laboratórios ideais para investigar a relação entre evolução em galáxias e o ambiente. Estudos no universo local demonstram que as propriedades de galáxias individuais estão intrinsecamente vinculadas à densidade (em numero de galáxias) do ambiente próximo. Um exemplo clássico é a relação morfologia-densidade: a posição preferencial de galáxias elíticas – que evoluem passivamente – nas regiões mais densas ou, equivalentemente a ausência nestas regiões de galáxias espirais em ativa formação estelar. A origem física dessa relação ainda é controversa: a relação se estabelece durante o processo de formação dessas galáxias? Ou há processos ambientais (por exemplo colisões ou remoção de gás) que afetam a evolução interna subsequente das mesmas? Ou ambos? Para entender a origem da relação entre galáxia e ambiente, estudo aglomerados em estágios primitivos, quando condições iniciais provavelmente deram origem a tal relação.

Responsável: Karín Menéndez-Delmestre
14Teoria e análise de dados da radiação cósmica de fundo (RCF)
A RCF (ou CMB, do inglês) é um dos mais importantes observáveis em cosmologia. Os temas de pesquisa atuais são: efeitos devidos à velocidade peculiar do nosso sistema solar (aberração e Doppler); determinação das flutuações primordiais nas maiores escalas; efeitos Sunyaev-Zel’dovich térmico e cinético; análise estatística de anomalias nos dados e suas implicações para a homogeneidade e isotropia do universo.

Responsável: Miguel Quartin
15este de modelos cosmológicos com a função de luminosidade
Este projeto tem por objetivo ampliar a abordagem e metodologias desen-volvidas em Ribeiro e Stoeger (2003) para testar modelos cosmológicos usando a con-tagem numérica de fontes cosmológicas contida nos dados da função de luminosida-de (FL) extraídas de catálogos de galáxias recentemente completados. Esta abordagem tem por objetivo conectar a teoria relativística de contagem numérica de fontes cosmológicas com a teoria, prática e dados reais utilizados na determinação da FL. São propostas seis possíveis extensões para testar a consistência entre os parâmetros da FL obtidos de catálogos de galáxias e os modelos cosmológicos padrões que são assumidos ao se obter a FL. Os testes propostos são os seguintes: retirar o modelo cosmológico da FL com o objetivo de obter a contagem numérica diferencial; investigar a interconexão entre evolução, efeitos de seleção e não completeza da amostra em vários modelos cosmológicos na interpretação destes mesmos dados; estudar estes mesmos efeitos em modelos cosmológicos com constante cosmológica diferente de zero; ampliar estas análises para cosmologias diferentes do modelo padrão.

Responsável: Marcelo Byrro Ribeiro
16Surtos de formação estelar no univeso distante
A maior parte da formação estelar no universo local ocorre em espirais "normais": galáxias disco com a maior parte da sua emissão no ultravioleta e no óptico. Galáxias com uma emissão proeminente nas bandas do infravermelho são muito raras localmente. No entanto, as chamadas ULIRGs (do inglês “ultra-luminous infrared galaxies”) são muito abundantes no universo distante. ULIRGs são tipicamente identificadas pela emissão termal gerada pelos grãos de poeira aquecidos pelos fotons UV provenientes das regiões de formação estelar; essa emissão é detetada nas bandas do milimétrico (mm) e sub-mm. O estudo detalhado das galáxias sub-milimétricas (SMGs) revela por um lado morfologias complexas consistentes com fusões de galáxias, e por outro a predominância de núcleos galácticos ativos (AGN). Isso estabelece que a formação de estrelas e o crescimento de buracos negros super-maciços coexistem nesses objetos. Em apenas algumas centenas de milhões de anos uma SMG pode gerar a massa estelar de uma galáxia massuda. Estes resultados sugerem que estas galáxias podem ser as progenitoras das galáxias mais massudas que observamos hoje!

Responsável: Karín Menéndez-Delmestre
17Transformações de galáxias em função do ambiente
Neste projeto usamos regiões extensas em torno de aglomerados de galáxias para investigar as propriedades de galáxias em função do ambiente. Entre estas propriedades, temos morfologia, cor, massa estelar e taxa de formação estelar. Caracterizamos o ambiente pela densidade local de cada galáxia e a distância ao centro do aglomerado mais próximo, além da massa, riqueza e luminosidade em raios-X destes sistemas. Também usamos uma amostra de galáxias de campo, para as quais o ambiente também é traçado pela densidade local. Assim, podemos distinguir efeitos locais de globais na evolução de galáxias. Este trabalho é baseado em dados no Universo local (z < 0.1), disponíveis no óptico (SDSS), raios-X (RASS e Chandra) e no infravermelho (WISE).

Responsável: Paulo A. Lopes