Matéria superdensa no Universo: um zoológico de pulsares

• Jaziel Goulart Coelho

Recentemente, inauguramos a era da astronomia multimensageira com grandes experimentos, interpretações teóricas e modelos. Avançamos em muitas questões sobre ondas gravitacionais, objetos compactos e física de altas energias, por exemplo. Há razões para acreditar que o século 21 será o melhor de todos os tempos para a astrofísica. Emolduradas por este fundo, as estrelas compactas representam laboratórios astrofísicos únicos para a compreensão teórica da microfísica (equação de estado, composição, etc.) e da estrutura macrofísica da matéria superdensa em objetos compactos. Nos últimos anos, observações de multimensageiros dessas fontes compactas em binárias, bem como isoladas, com emissão em raios-X (e.g. NICER, XMM-Newton, Chandra, Swift), raios gama (HESS, Fermi, e outros) e rádio (e.g. LOFAR, FAST, CHIME, etc. ), juntamente com análises de ondas gravitacionais e neutrinos deram origem a novas janelas de observação e restrições na estrutura de estrelas compactas. Em 2022, celebramos 55 anos desde a descoberta dos pulsares. Nesse tempo, encontramos mais de 2.600 pulsares e os usamos para testar a teoria da relatividade geral e buscar ondas gravitacionais. Na verdade, os pulsares mudaram nossa compreensão do universo, e sua verdadeira importância ainda está se revelando. Cinquenta e cinco anos depois, temos uma compreensão muito melhor (mas ainda incompleta) desses objetos extremos. Os pulsares são uma população de estrelas muito diversificada, tanto em suas propriedades físicas quanto observacionais. Do ponto de vista da física fundamental, eles são muito importantes, por possuírem forte gravidade, altos campos magnéticos e enormes densidades, são talvez os melhores laboratórios para se estudar física sob condições tão extremas. Os pulsares preferem irradiar a maior parte de sua energia em comprimentos de onda de rádio, raios X e gama. No entanto, sua emissão pode ser alimentada pela rotação, ou acreção, calor, e campos magnéticos intensos. Portanto, diferentes espécies do mesmo "reino animal", cujo diversos fenômenos permanecem um mistério, incluindo sua composição interna e a natureza de campos magnéticos extremos. Este seminário irá revisar brevemente as propriedades dos habitantes deste zoológico de estrelas na era da astrofísica multimensageira, com ênfase em suas propriedades fundamentais e nas grandes questões ainda em aberto. Nas próximas décadas, esperamos aprofundar nossa compreensão da natureza dessas fontes. Além disso, comentarei sobre o futuro da astrofísica com o Cherenkov Telescope Array (CTA) e nossas contribuições recentes, que ampliarão as descobertas e compreensão do Universo em altíssimas energias.

Exoplanetas e a descoberta do CoRoT-32b

• Marcelo Emilio

Até a década de 90 os únicos planetas conhecidos eram os do nosso sistema solar. Um grande número de descobertas se seguiu desde então graças a persistência de astrônomos e da evolução tecnológica de instrumentos e detectores. Até a presente data foram confirmados mais de 5.000 planetas extra-solares também denominados exoplanetas. Nesta palestra abordaremos os aspectos históricos da descoberta de exoplanetas, os métodos de descobertas utilizados e o que sabemos desses exoplanetas. Falaremos também da descoberta do planeta 32b, o primeiro exoplaneta descoberto por uma equipe formada apenas por brasileiros.

Educação em Astronomia: uma área em construção

• Bartelmebs Roberta Chiesa (UFPR)

Nesta palestra, abordarei um pouco da história da área de educação em astronomia como um braço da parte de divulgação dos físicos, astrônomos e professores/pedagogos nas escolas. Também discutirei tópicos de pesquisa atuais da área, focando nas concepções alternativas e estudos que demonstram como as crianças aprendem conceitos que envolvem as compreensões de astronomia.

Minicurso: Python para Astronomia

• Alexandre Mello

Introdução à biblioteca Astropy para python, com conceitos básicos de calibração de imagens astronômicas e fotometria.

Raios cósmicos de ultra-altas energias a partir de AGNs?

• Carlos Henrique Coimbra Araújo

A fonte, origem e mecanismos de aceleração de raios cósmicos de energia ultra-alta (além do limite GZK) permanecem incertos e obscuros. As principais explicações estão associadas a mecanismos particulares, como o mecanismo de Fermi, no qual partículas carregadas podem ser aceleradas por nuvens de gás magnetizado movendo-se dentro de nossa galáxia. No entanto, a recente observação de neutrinos extragalácticos pode sugerir que a fonte de UHECRs seja provavelmente AGNs. Na presente palestra apresentaremos a possibilidade de que partículas carregadas podem ser aceleradas a ultra-altas energias em órbitas marginais ao redor do horizonte de buracos negros de rotação quase extrema. Essa aceleração pode ser desencadeada por diversos mecanismos e discutiremos em particular a possibilidade de colisões a partir de ventos magnetocentrífugos. O disco de acreção ao redor do buraco negro forneceria esses ventos. Quando o raio interno do disco de acreção coincide com as órbitas circulares estáveis ao redor do buraco negro, uma série de partículas do vento magnetocentrífugo pode desencadear um processo aceleração até ultra-altas energias.

CTA and SWGO: the future in gamma-ray searches looking for dark matter particles

• Clarissa Siqueira

The search for dark matter particles remains one of the most intriguing aims of several experiments nowadays. In this talk, we will make a brief review of the dark matter problem, which leads to the main dark matter particle candidates, the weakly interacting massive particles, or simply WIMPs, then we will review the main ways to look for these particles. In the following, we will focus on indirect dark matter particle searches and explore the future gamma-ray observatories, the Cherenkov Telescope Array (CTA), and the Southern Wide-field Gamma-ray Observatory (SWGO). In order to see the impact of these future experiments, we will address the so-called secluded models, which are alternative scenarios to the standard WIMPs, exploring two distinct targets, the galactic center, and the Sun.

Minicurso: Python para Astronomia

• Alexandre Mello

Introdução à biblioteca Astropy para python, com conceitos básicos de calibração de imagens astronômicas e fotometria.

Minicurso: Astronomia multimensageira - O que os raios gama nos falam sobre os cosmos?

• Luiz Stuani

Raios gama são a forma mais energética de radiação eletromagnética, com mais de 10.000 vezes mais energia do que os fótons de luz visível. Se você pudesse ver raios gama, o céu noturno pareceria estranho e desconhecido. As visões familiares de estrelas e galáxias constantemente brilhantes seriam substituídas por algo em constante mudança. Sua visão de raios gama perscrutaria os corações de explosões solares, supernovas, estrelas de nêutrons, buracos negros e galáxias ativas. A astronomia de raios gama apresenta oportunidades únicas para explorar esses objetos exóticos. Venha comigo compreender o que os raios gama dizem sobre os cosmos.

Inflação Cósmica

• Thiago Pereira

A expressão "Não existe almoço grátis" se popularizou por sintetizar um fato constante nas nossas vidas: não há ganho sem esforço. No contexto da física clássica (i.e., a física anterior ao século XX) essa expressão pode ser entendida como um resumo da lei de conservação de energia. Porém, a teoria da relatividade geral de Einstein nos ensina que, em escalas cosmológicas, a energia não se conserva. Longe de ser um problema, esse fato abre a possibilidade de que todo o universo observável possa ter surgido do nada (ou de muito pouco). Essa ideia é conhecida como "Inflação Cósmica", e afirma que toda massa e energia que atualmente observamos pode ter surgido de um período de expansão exponencial do nosso universo nos seus primeiros instantes de vida. Nesta palestra, pretendo fazer um apanhado das principais motivações e consequências observacionais desse período hipotético de evolução do universo.

Colisões entre aglomerados de galáxias

• Rubens Machado

Os aglomerados de galáxias são as maiores estruturas colapsadas do Universo. Quando aglomerados colidem, surgem notáveis distúrbios no gás, como frentes de choque e frentes frias, observadas em raios-X. Dependendo da configuração da colisão, o gás pode se separar da matéria escura. Nesta palestra veremos como simulações computacionais são usadas para compreender e interpretar as observações de aglomerados em colisão.

Minicurso: Astronomia multimensageira - O que os raios gama nos falam sobre os cosmos?

• Luiz Stuani

Raios gama são a forma mais energética de radiação eletromagnética, com mais de 10.000 vezes mais energia do que os fótons de luz visível. Se você pudesse ver raios gama, o céu noturno pareceria estranho e desconhecido. As visões familiares de estrelas e galáxias constantemente brilhantes seriam substituídas por algo em constante mudança. Sua visão de raios gama perscrutaria os corações de explosões solares, supernovas, estrelas de nêutrons, buracos negros e galáxias ativas. A astronomia de raios gama apresenta oportunidades únicas para explorar esses objetos exóticos. Venha comigo compreender o que os raios gama dizem sobre os cosmos.

Minicurso: O pacote python SORA para análise de ocultações estelares

• Altair Gomes

Uma ocultação estelar ocorre quando um objeto do Sistema Solar passa na frente de uma estrela com respeito a um observador, o qual observará uma queda no fluxo de luz total medido durante o evento. Quando a observação de uma ocultação é feita por diversos observadores na Terra é possível obter características do objeto ocultador, como tamanho, forma, albedo, detecção de satélites, atmosfera, anéis, entre outras. Com a publicação do catálogo Gaia e o início das atividades do Legacy Survey of Space and Time (LSST), espera-se uma explosão na quantidade de ocultações preditas e observadas. Com isso, é crucial que as ferramentas de redução destes eventos sejam atualizadas, sendo capazes de auxiliar o cientista na obtenção dos resultados de forma mais rápida, precisa e eficiente. Baseado nessa premissa, apresentarei o pacote SORA (Stellar Occultation Reduction and Analysis), uma biblioteca python baseada em classes criada a partir da experiência de pesquisadores da colaboração Lucky Star (Rio-Paris-Granada). Nele estão incluídas ferramentas para a obtenção de informações da estrela, do objeto do Sistema Solar, do observador e da curva de luz, os quais podem ser integrados a uma metodologia de redução dinâmica e eficiente de ocultações estelares.

Simulações de gelos astrofísicos sob efeito de um campo de radiação ionizante com o código PROCODA

• Geanderson de Carvalho

Gelos astrofísicos são expostos à radiação ionizante em ambientes espaciais, desencadeando novas reações e processos de dessorção. Em laboratório, esse processamento da radiação revelou o surgimento de várias novas espécies e complementa o estudo da evolução química de cenários astrofísicos congelados. Apresentaremos uma nova metodologia computacional desenvolvida para esclarecer a evolução química de amostras de gelos astrofísicos simulados sob processos de fotólise/radiólise até atingir o equilíbrio químico (EC). Resumidamente, o código (denominado PROCODA) resolve um sistema de equações diferenciais acopladas e descreve a evolução das abundâncias moleculares com o tempo de irradiação para gelos sob processamento por radiação (Pilling et al. 2022, ApJ, 925, 147). Será apresentada a evolução química de gelos puros contendo CO2, CO e CH3CN irradiados com diferentes fontes ionizantes. O código resolve um grande conjunto de equações químicas acopladas (incluindo reações de dissociação direta, reações bimoleculares e termoleculares, bem como processos induzidos por dessorção) e mapeia espécies observadas e não observadas nos espectros infravermelho das amostras. Os melhores ajustes obtidos pelo código fornecem as taxas de reação, diversos parâmetros de dessorção, bem como a caracterização da fase de equilíbrio químico. Os valores determinados podem ser empregados em futuros modelos astroquímicos para mapear a evolução química de espécies moleculares sob a presença de um campo de radiação ionizante.

No princípio era o Caos: Universos de Bianchi e suas aplicações

• André Steklain

O universo que observamos é homogêneo e isotrópico em larga escala. Porém, nos instantes iniciais do universo é possível que modelos anisotrópicos sejam aplicáveis. Modelos homogêneos anisotrópicos de universo recebem sua classificação através da classificação de Bianchi. Alguns modelos apresentam comportamento caótico, acarretando em diversas aplicações interessantes. Nesta palestra vamos abordar algumas destas aplicações.

Minicurso: O pacote python SORA para análise de ocultações estelares

• Altair Gomes

Uma ocultação estelar ocorre quando um objeto do Sistema Solar passa na frente de uma estrela com respeito a um observador, o qual observará uma queda no fluxo de luz total medido durante o evento. Quando a observação de uma ocultação é feita por diversos observadores na Terra é possível obter características do objeto ocultador, como tamanho, forma, albedo, detecção de satélites, atmosfera, anéis, entre outras. Com a publicação do catálogo Gaia e o início das atividades do Legacy Survey of Space and Time (LSST), espera-se uma explosão na quantidade de ocultações preditas e observadas. Com isso, é crucial que as ferramentas de redução destes eventos sejam atualizadas, sendo capazes de auxiliar o cientista na obtenção dos resultados de forma mais rápida, precisa e eficiente. Baseado nessa premissa, apresentarei o pacote SORA (Stellar Occultation Reduction and Analysis), uma biblioteca python baseada em classes criada a partir da experiência de pesquisadores da colaboração Lucky Star (Rio-Paris-Granada). Nele estão incluídas ferramentas para a obtenção de informações da estrela, do objeto do Sistema Solar, do observador e da curva de luz, os quais podem ser integrados a uma metodologia de redução dinâmica e eficiente de ocultações estelares.

Minicurso: Cosmologia numérica e observacional usando a biblioteca NumCosmo

• Sandro Vitenti

Existem hoje diversos projetos de cálculo científico com o objetivo de criar plataformas comuns de cálculo numérico para cosmologia. Um dos objetivos compartilhados desses projetos é a produção de códigos capazes de calcular quantidades de interesse para a cosmologia (observáveis cosmológicos) com precisão suficiente para análise dos dados dos próximos grandes levantamentos de dados astrofísicos e cosmológicos (e.g., Eucid, LSST, DESI, J-PAS, etc). Discutiremos como podemos usar conceitos de orientação objeto, como objetos abstratos e interfaces para estruturar o cálculo dos observáveis de forma modular e reutilizável. Além disso, esses códigos precisam ser conectados às devidas ferramentas estatísticas, por exemplo, análise via Markov Chain Monte Carlo (MCMC) de uma posterior, cálculo do melhor ajuste de modelos, teste da razão das verossimilhanças, entre outras. Nesse minicurso iremos discutir a implementação da biblioteca \emph{Numerical Cosmology} (NumCosmo), feita em C usando a ferramenta GObject, que implementa conceitos de orientação objeto em C e pode ser usada para criar automaticamente interfaces da biblioteca para outros linguagens (e.g., python, perl, java, etc). Mostraremos também, exemplos simplificados de como usar a biblioteca para resolver problemas atuais, tanto para o cálculo de observáveis quanto para análise estatística.

Astronomia Solar

• Jean Carlo Santos

O Sol é a estrela mais próxima do nosso planeta e isso permite que seja possível observar os fenômenos que ocorrem em sua atmosfera com alta resolução espacial e temporal. Nos últimos anos diversas missões espaciais foram projetadas para observar o Sol e, em particular, o satélite SDO (Solar Dynamic Observatoty) vem produzindo desde 2010 medidas da emissão eletromagnética produzida a partir da atmosfera solar em diferentes comprimentos de onda. A partir destas observações é possível obter informações sobre diversos parâmetros físicos como a velocidade doppler e o vetor campo magnético na superfície solar. Nesta palestra iremos apresentar alguns resultados da investigação da evolução das manchas solares e da emissão na faixa do extremo ultravioleta, obtidos utilizando os dados do satélite SDO, associados a região ativa NOAA 12673. Essa região ativa é de interesse particular pois produziu diversas explosões solares e ejeções de massa coronal, dois dos eventos mais energéticos ocorrendo na superfície solar, sendo uma das regiões mais ativas do ciclo solar 24.

Astrofísica dos raios cósmicos ultra-energéticos

• Rogério Menezes

Neste seminário apresentarei as questões em aberto relacionadas aos raios cósmicos de energia ultra alta, partículas mais energéticas existentes no Universo. Discutirei alguns dos principais resultados obtidos com o Observatório Pierre Auger, dando ênfase às minhas contribuições. Apresentarei uma estimativa do fluxo de neutrinos cosmogênicos a partir dos dados do espectro de energia e composição química medidos pela Colaboração Auger e como sua detecção, possivelmente com o experimento GRAND, nos ajudaria a descobrir as fontes dos raios cósmicos ultra-energéticos. Finalmente, como as medições dos raios cósmicos dependem das propriedades atmosféricas do local do experimento, comentarei como isso é realizado no Observatório Auger e como temos usado a mesma ideia para monitorar a atmosfera em Volta Redonda.

Minicurso: Cosmologia numérica e observacional usando a biblioteca NumCosmo

• Sandro Vitenti

Existem hoje diversos projetos de cálculo científico com o objetivo de criar plataformas comuns de cálculo numérico para cosmologia. Um dos objetivos compartilhados desses projetos é a produção de códigos capazes de calcular quantidades de interesse para a cosmologia (observáveis cosmológicos) com precisão suficiente para análise dos dados dos próximos grandes levantamentos de dados astrofísicos e cosmológicos (e.g., Eucid, LSST, DESI, J-PAS, etc). Discutiremos como podemos usar conceitos de orientação objeto, como objetos abstratos e interfaces para estruturar o cálculo dos observáveis de forma modular e reutilizável. Além disso, esses códigos precisam ser conectados às devidas ferramentas estatísticas, por exemplo, análise via Markov Chain Monte Carlo (MCMC) de uma posterior, cálculo do melhor ajuste de modelos, teste da razão das verossimilhanças, entre outras. Nesse minicurso iremos discutir a implementação da biblioteca \emph{Numerical Cosmology} (NumCosmo), feita em C usando a ferramenta GObject, que implementa conceitos de orientação objeto em C e pode ser usada para criar automaticamente interfaces da biblioteca para outros linguagens (e.g., python, perl, java, etc). Mostraremos também, exemplos simplificados de como usar a biblioteca para resolver problemas atuais, tanto para o cálculo de observáveis quanto para análise estatística.

Paradigmas, anomalias e as novas estruturas na astronomia/cosmologia ao longo da história

• Marcos Cesar Danhoni Neves

A abordagem é aquela de fazer uma síntese da história da Astronomia/Cosmologia dos povos originários à contemporaneidade, com foco na distinção entre os sistemas de mundo pré e pós-telescópio. A estrutura destes sistemas, suas compreensões paradigmáticas de mundo, as anomalias que dispararam revoluções científicas serão tratadas. Será dada especial atenção à dúvida bruniana, em seu copernicanismo radical, para um universo infinito, que rompe a velha astronomia aristotélica-ptolomaica e coloca, ainda hoje, dificuldades paradigmáticas para a cosmologia contemporânea.

Minicurso: Propagação de raios cósmicos de alta energia com CRPropa3

• Cynthia Vizcarra Ventura

O estudo de raios cósmicos de ultra-alta energia (UHECRS) continua sendo de grande interesse. Embora essas partículas de alta energia tenham sido detectadas desde o 1960, suas fontes, composição química, mecanismo de aceleração nas fontes e como elas se propagam para a Terra ainda são questões em aberto. Para tentar resolver a origem dos raios cósmicos de energia mais alta, são necessárias ferramentas de simulação detalhadas para poder interpretar os dados experimentais e resolver questões dos raios cósmicos energéticos no universo. Uma ferramenta utilizada é o CRPropa3, que é um código de Monte Carlo, usado para propagação galáctica e extragaláctica de raios cósmicos com energias acima de $10^{17}$ eV, e no que este mini curso será baseado. O CRPropa3 simula interações como produção de pares de elétrons, produção de píons e fotodesintegração de núcleos com radiação de fundo extragaláctica difusa, bem como decaimento nuclear, e inclui partículas secundárias criadas nessas interações.

Minicurso: Simulações gravitacionais de N-corpos

• Rubens Machado

Simulações de N-corpos são uma técnica computacional bastante empregada na astronomia, para estudar a evolução gravitacional de sistemas estelares, dentre outros. Neste minicurso, teremos uma introdução a alguns dos conceitos usados nos cálculos numéricos. Veremos também exemplos de aplicações em simulações cosmológicas e simulações de galáxias.

Minicurso: OOMAO - Simulador de Óptica Adaptativa para Matlab

• Alexandre Mello (UTFPR)

Introdução ao simulador de Óptica Adaptativa para Matlab OOMAO. Desenvolvimento de uma simulação básica incluindo laço completo: Turbulência atmosférica, espelho deformável, sensor de frente de onda e sistema de controle integral.

Minicurso: Simulações gravitacionais de N-corpos

• Rubens Machado

Simulações de N-corpos são uma técnica computacional bastante empregada na astronomia, para estudar a evolução gravitacional de sistemas estelares, dentre outros. Neste minicurso, teremos uma introdução a alguns dos conceitos usados nos cálculos numéricos. Veremos também exemplos de aplicações em simulações cosmológicas e simulações de galáxias.

Minicurso: Propagação de raios cósmicos de alta energia com CRPropa3

• Cynthia Vizcarra Ventura (UTFPR)

O estudo de raios cósmicos de ultra-alta energia (UHECRS) continua sendo de grande interesse. Embora essas partículas de alta energia tenham sido detectadas desde o 1960, suas fontes, composição química, mecanismo de aceleração nas fontes e como elas se propagam para a Terra ainda são questões em aberto. Para tentar resolver a origem dos raios cósmicos de energia mais alta, são necessárias ferramentas de simulação detalhadas para poder interpretar os dados experimentais e resolver questões dos raios cósmicos energéticos no universo. Uma ferramenta utilizada é o CRPropa3, que é um código de Monte Carlo, usado para propagação galáctica e extragaláctica de raios cósmicos com energias acima de $10^{17}$ eV, e no que este mini curso será baseado. O CRPropa3 simula interações como produção de pares de elétrons, produção de píons e fotodesintegração de núcleos com radiação de fundo extragaláctica difusa, bem como decaimento nuclear, e inclui partículas secundárias criadas nessas interações.

Abordagens modernas da educação astronômica fora da escola

• Svitlana Gerasimenko (UTFPR)

Neste seminário apresentarei diferentes abordagens da educação astronômica em ambientes não formais. Vários conceitos de astronomia em áreas como: ciência moderna, educação escolar e educação extra-escolar, que muitas vezes estão relacionadas à astronomia observacional. Acredita-se que a astronomia como ciência esteja disponível desde o ensino médio. No entanto, a característica da astronomia é que qualquer pessoa possa ter contato com ela desde a infância. Assim, o conhecimento dos elementos da astronomia que ajudam a formar uma visão de mundo e explicar os objetos e fenômenos observados no céu deve começar muito cedo. A educação astronômica desde a infância, sua relação com a matemática e a física, bem como com a geografia, a química, a biologia e outras ciências podem servir de estímulo adicional ao estudo das ciências básicas na escola. Neste seminário apresento o programa original de educação astronômica fora da escola para crianças menores de 14 anos, que foi aplicado com sucesso na Escola de Astronomia Infantil de Kyiv.

Inteligência Artificial na Astronomia: minha experiência com o S-PLUS

• Laerte Sodré

Nessa palestra farei uma introdução geral sobre a relevância de aplicar métodos de inteligência artificial, em especial aprendizado de máquina, na análise de dados astronômicos. Apresentarei alguns resultados obtidos com o levantamento fotométrico S-PLUS para redshifts fotométricos e classificação morfológica de galáxias, entre outros. Vou concluir com alguns desafios que considero ser necessário enfrentar no futuro para permitir que estas técnicas continuem a contribuir para ampliar nosso conhecimento do cosmos.

Minicurso: OOMAO - Simulador de Óptica Adaptativa para Matlab

• Alexandre Mello

Introdução ao simulador de Óptica Adaptativa para Matlab OOMAO. Desenvolvimento de uma simulação básica incluindo laço completo: Turbulência atmosférica, espelho deformável, sensor de frente de onda e sistema de controle integral.