Cosmo-UFES: Grupo de Astrofísica, Cosmologia e Gravitação. Visão geral do grupo, pesquisa e outras atividades. Davi C. Rodrigues

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Cosmo-UFES:

Grupo de Astrofísica, Cosmologia e Gravitação

Visão geral do grupo, pesquisa e outras atividades

Semana dos Calouros UFES

Vitória, 13 de março de 2015

Davi C. Rodrigues

Cosmo-UFES 

Departamento de Física, CCE,

Universidade Federal do Espírito Santo, Vitória, ES - Brazil

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Davi C. Rodrigues Cosmo-UFES: visão geral do grupo, pesquisas e atividades

•

Apresentação geral do grupo Cosmo-UFES

•

Noções de distância, nossa posição no universo e o Big Bang 

•

O que é , e quais são seus problemas atuais?

•

A pesquisa e outras atividades que realizamos.

•

Recado para os recém ingressados no curso de Física.

Sumário

2

Cosmologia Gravitação

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www.cosmo-ufes.org

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www.cosmo-ufes.org/members

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Professores permanentes do grupo + Visitantes especiais

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Júlio Davi Oliver Valerio

Winfried José de F. Pacheco

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Noções de Distância e o Big Bang

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Distâncias “próximas”: Paralax

7

Técnica bastante simples e robusta, mas de "curto" alcance.

A partir de satélites, usando esta técnica, atualmente consegue-se medir distâncias de aproximadamente 1.500 anos luz. 

Entretanto, isto é insuficiente para nossa própria galáxia! Nossa distância ao centro da Via Láctea é de 8 kpc, ou seja, uns 26.000 anos luz.

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Distância a partir de Cefeidas

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Uma escada de medidas de distância

Versão bem simplificada:

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Esboço do universo: perspectiva observacional

10

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Um esboço sobre aonde estamos

O primeiro esboço sobre minha localização no mundo que conheci foi improvisado por minha mãe, e era mais ou menos assim:

O que vou mostrar a seguir, deve ser visto igualmente como um

esboço (e uma continuação do esboço acima). ₁₁

Brasília

Brasil Terra

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Onde estamos? — Um esboço da resposta

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13

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14

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15

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16

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17

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18

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19

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O satélite Planck e a Radiação Cósmica de Fundo

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Trata-se da radiação mais antiga que podemos ver. Foi emitida há 380.000 anos depois do Big Bang. Desde o Big Bang se passaram 13,8 bilhões de anos.

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Davi C. Rodrigues Dark Matter in galaxies and infrared renormalization group effects

Do que o universo é composto?

A radiação cósmica de fundo fornece importantes pistas

sobre a composição do universo.

Há 5 vezes mais certa matéria exótica, denominada Matéria

Escura, do que da matéria usual!

75% 21% 4% Bary ons Dark M atter Dark_En ergy

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O universo está se expandindo!?

22

Exemplo de Diagrama de Hubble:  

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Como se entende a expansão do universo?

Em resumo, quanto antes no tempo, mais próximo as estruturas (galáxias em particular) estavam.  

Não se entende a expansão do universo como uma expansão de um corpo sobre um espaço Euclideano exterior. Trata-se da expansão

das distâncias internas do universo. 

23 Crescimento das distâncias no tempo

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Como se entende a expansão do universo?

3. Métrica (mais simples) em conformidade com esses dados:

A partir da Eq. de Einstein na presença de um fluido,

obtém-se as eqs. de Friedmann:

24 0.0 0.5 1.0 1.5 0.0 0.5 1.0 1.5 Time a sinh23 3 2 ⇤ 0 H0 t ⇥

˙a

2

a

2

=

8⇡G

3 ⇢ +

⇤c

2

3 ¨

a

=

4⇡G

3 ✓

⇢ +

3p

c

2

◆ +

⇤c

2

3 Matéria e com 

Big Bang! Hoje Sistema de 10 EDP’s   não lineares.

Duas EDO's lineares.

Densidade do fluido

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Big Bang

Segundo Relatividade Geral, não há motivos para essa expansão ter começado a partir de uma distância finita. 

Assim, quanto antes no tempo, mais “comprimido” deveria ser o universo e portanto mais quente. Podendo ser tão quente quanto

uma estrela. Quente a ponto de átomos não existirem, ou mesmo tão quente a ponto de prótons e neutros não existirem.

Esta é a essência do Big Bang.

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Esboço do universo: perspectiva histórica

26

Evolução da distribuição de matéria escura. 

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A teia cósmica

28 Resultado de simulação da 

evolução da matéria escura

Observação da distribuição  de galáxias

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Evidência de ME em uma colisão de  

aglomerados de galáxias

29 Maior parte da matéria  

usual está aqui. (gás intergalático, 

detectado pela radiação) Maior parte da matéria

está aqui. 

Matéria Escura. 

(detectada por lentes  gravitacionais)

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Questões gerais sobre  

Astrofísica, Cosmologia e Gravitação

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Um esboço do espaço teórico aonde estamos

31 Gravitação Astronomia Física Cosmologia Astro física Te ori a Q uâ ntica de_C amp os, G_ra vita_çã o Q uâ ntica Físi_ca de_Pa rtícu las

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O que é Cosmologia e quais são seus problemas atuais?

Cosmologia é a área da física que estuda a evolução do universo e de seus constituintes em larga escala. Trabalha com os fenômenos de interesse físico nas escalas mais vastas possíveis. Num contexto cosmológico, galáxias são pontos.

Pode parecer que física de partículas (a física das menores escalas possíveis) está muito distante da cosmologia, mas não é bem assim. A física fundamental de pequenas escalas tem atualmente forte

interface com cosmologia e astrofísica.

O maior acelerador de partículas não é o LHC… As energias

atingidas pelas partículas no universo primordial e por raios cósmicos são ainda maiores!

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Alguns exemplos de questões:

• O que é Matéria Escura? É realmente composta por partículas

“pesadas” (uns 100 prótons)? Seria apenas uma boa aproximação para uma família de partículas diferentes entre si ou de interações ainda mal conhecidas? Tem relação com partículas super-simétricas?

• Já realmente conhecemos tudo o que há para ser conhecido sobre

Energia Escura? É somente a constante cosmológica? Há alguma interdependência com a Matéria Escura?

• Neutrinos massivos no universo: qual a abundância deles?

• Anomalias na Radiação Cósmica de Fundo: São suficientemente fortes

para indicar algo, ou não passam de flutuação estatística?

• Anomalias na formação de galáxias: problemas com as simulações, ou

com as hipóteses físicas?

• Qual o mecanismo que levou ao período inflacionário? Podemos detectar

as ondas gravitacionais geradas nesse período? 33

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34

O que é Gravitação e quais são seus problemas atuais?

Gravitação é hoje em dia entendida como advinda de Relatividade

Geral. A gravitação Newtoniana produz resultados em acordo com as observações somente em alguns casos.

•O que é Gravitação Quântica?

•Unificação das forças fundamentais: deve a gravitação ser unificada?

•Relatividade Geral é bem testada em escala do sistema solar, mas seria

ela realmente válida para escalas cosmológicas? Será que os

constituintes “exóticos" que aparecem na cosmologia não seriam, ao menos em parte, consequência de efeitos gravitacionais além da

Relatividade Geral?

•Ondas gravitacionais: elas realmente existem?

•Soluções para distribuições contínuas de matéria: trabalho complexo

devido à não linearidade de Relatividade Geral.

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35

Quais são os problemas atuais da astrofísica?

Há vários, listo os que mais se aproximam de nossos interesses, evitando as repetições com cosmologia:

•Detecção direta de Matéria Escura aqui na Terra, ou detecção de possível

rara radiação emitida pelo decaimento de Matéria Escura vinda do centro de galáxias.

• Várias questões sobre efeitos de Energia Escura que diferem do

comportamento padrão. Testes em pequena escala de Energia Escura.

• Teoria de Formação Estelar. Em particular sobre simulações de formação

estelar e seu impacto em escala de galáxia.

•Confronto entre simulações de formação de galáxias com a observação

delas.

•Detecção direta de ondas gravitacionais.

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Pesquisa e outras atividades do grupo

Cosmo-UFES

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37

Como fazemos nossa pesquisa?

• Trabalhos puramente teóricos. Envolvem:

• Leitura e domínio de artigos recentes

• Criatividade

• Cálculos no papel

• Eventualmente programação para obtenção ou confirmação das expressões analíticas mais complexas

• Escrita do artigo para publicação (sempre em inglês).

• Trabalhos fenomenológicos. Envolvem tudo acima, e também:

• Obtenção de dados recentes de observações ou experimentos

• Programação numérica e paciência para esperar a resposta…

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Como fazemos nossa pesquisa?

• Participações em grandes projetos observacionais

• Tradicionalmente, o grupo usa dados observacionais, mas não os produz.

•Temos interesse em nos aproximar mais das grandes colaborações.

• Dentre os membros permanentes, o Prof. Valerio Marra participa de 2 grandes colaborações em fase de desenvolvimento:  

J-PAS (Brasil + Espanha)  Euclid (Europa)

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39

Outras atividades do grupo

• Aulas para Graduação presencial, EAD e pós-graduação.

•Organização de seminários. Auditório da PPGFis , nas sextas às 11:00. Maiores detalhes no site.

• Organização de “Journal Club”. Sala 3 da PPGFis nas quartas às 11:30.

• Organização de eventos internacionais. Em média uns 2 por ano. Mais detalhes no site.

• Pedidos de posições temporárias e de visitas científicas (pós-docs, professores visitantes, estágios de curta duração no exterior…)

• Organização de livros de revisão.

• Manutenção do site do grupo. Gostaríamos de incluir uma parte voltada para divulgação… Em breve…

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Recado para os recém ingressados no

curso de Física

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41

Para os recém ingressados…

• Estudar muito e com seriedade. Escolha certos tópicos e vá além do que for pedido no curso.

• Nesta fase, ler livros de divulgação científica é um ótimo complemento para o entendimento conceitual.

•Integrais, derivadas, álgebra linear, geometria analítica… : não

servem só para “passar no curso”, devem fazer parte de TODOS os seus dias enquanto estiverem atuando em física. Quanto maior o

domínio, mas fácil as matérias futuras parecerão.

• INGLÊS é essencial! Não há como fazer ciência sem inglês. • Domínio de computação é importante. Ajuda muito.

• Se pretendem seguir carreira acadêmica, Iniciação Científica ajuda muito (tanto para o futuro mestrado, quanto para as matérias atuais)

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Cosmo-UFES: Grupo de Astrofísica, Cosmologia e Gravitação. Visão geral do grupo, pesquisa e outras atividades. Davi C. Rodrigues

Cosmo-UFES:

Grupo de Astrofísica, Cosmologia e Gravitação

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Sumário

www.cosmo-ufes.org

www.cosmo-ufes.org/members

Noções de Distância e o Big Bang

Distâncias “próximas”: Paralax

Distância a partir de Cefeidas

Uma escada de medidas de distância

Esboço do universo: perspectiva observacional

Um esboço sobre aonde estamos

Onde estamos? — Um esboço da resposta

O satélite Planck e a Radiação Cósmica de Fundo

Do que o universo é composto?

A radiação cósmica de fundo fornece importantes pistas

sobre a composição do universo.

Há 5 vezes mais certa matéria exótica, denominada Matéria

Escura, do que da matéria usual!

O universo está se expandindo!?

Como se entende a expansão do universo?

Como se entende a expansão do universo?

˙a

a

=

8⇡G

3

⇢ +

⇤c

3

¨

a

a

=

4⇡G

3

✓

⇢ +

3p

c

◆

+

⇤c

3

Matéria e com

Big Bang

Esboço do universo: perspectiva histórica

A teia cósmica

Evidência de ME em uma colisão de

aglomerados de galáxias

Questões gerais sobre

Astrofísica, Cosmologia e Gravitação

Um esboço do espaço teórico aonde estamos

O que é Cosmologia e quais são seus problemas atuais?

O que é Gravitação e quais são seus problemas atuais?

Quais são os problemas atuais da astrofísica?

Pesquisa e outras atividades do grupo

Cosmo-UFES

Como fazemos nossa pesquisa?

Como fazemos nossa pesquisa?

Outras atividades do grupo

Recado para os recém ingressados no

curso de Física

Para os recém ingressados…

In the end, you should also have fun!

Matéria e com 

Evidência de ME em uma colisão de  

Questões gerais sobre  