Astrofísica, Partículas e Campos

Descrição:

A linha de pesquisa em Astrofísica abrange o estudo de fenômenos cósmicos em regimes extremos de energia e da evolução estelar ao longo de seu ciclo de vida. Na vertente de partículas, investiga-se a emissão multi-mensageira — englobando radiação eletromagnética em todo o espectro, neutrinos, raios cósmicos e ondas gravitacionais — proveniente de ambientes como núcleos ativos de galáxias, explosões de supernovas, fusões de buracos negros e surtos de raios gama, explorando mecanismos não-térmicos que sondam a física além do alcance dos aceleradores terrestres. Já na vertente estelar, o foco está na caracterização de estrelas e populações estelares em diferentes contextos galácticos, com ênfase em estrelas pobres em metais, analisadas por meio de observações e grandes levantamentos de dados, visando reconstruir a história de formação e evolução química da Via Láctea. Integradas, essas abordagens conectam a física de partículas de altas energias à astrofísica estelar e galáctica, oferecendo uma visão abrangente da origem, evolução e funcionamento do Universo.

A linha de pesquisa em Partículas e Campos abrange tanto aspectos teóricos quanto experimentais, com foco em fenômenos fundamentais da matéria em condições extremas e na busca por novas fronteiras além do Modelo Padrão. No âmbito teórico, investigamos a aplicação da dualidade holográfica calibre-gravidade ao estudo de sistemas quânticos fortemente interagentes, em especial fluidos relativísticos como o plasma de quarks e glúons, explorando propriedades termodinâmicas, hidrodinâmicas e processos de hidrodinamização, isotropização e termalização fora do equilíbrio. Estas análises baseiam-se no dicionário holográfico, que mapeia observáveis de teorias quânticas fortemente acopladas em cálculos de gravitação (semi)clássica em espaços AdS de dimensão superior. Em paralelo, a linha contempla estudos em Cromodinâmica Quântica (QCD) e Física de Hádrons, examinando a relação entre graus de liberdade fundamentais (quarks e glúons) e efetivos (hadrons) em regimes de baixa energia e densidade finita, bem como sob campos eletromagnéticos intensos. Modelos efetivos, como o de quarks constituintes, são empregados para compreender a estrutura hadrônica e explorar aspectos clássicos e quânticos das equações de Yang-Mills, incluindo observáveis como loops de Wilson. No eixo experimental e fenomenológico, investigamos Física de Neutrinos e Raios Cósmicos, em colaboração com os experimentos NOvA e DUNE (FERMILAB). O foco está na compreensão das oscilações de neutrinos, determinação da hierarquia de massas, busca pela violação de CP no setor leptônico — com possíveis implicações para a assimetria matéria/antimatéria do Universo —, bem como no estudo de fenômenos além do Modelo Padrão, como neutrinos estéreis, decaimentos, decoerência e interações não-padrão. Na área de raios cósmicos, analisamos efeitos como a variação sazonal e a razão de carga de múons, utilizando dados experimentais e simulações.

Responsáveis:

Prof. Dr. Fábio Luis Braghin
Prof. Dr. Rafael Miloni Santucci
Prof. Dr. Ricardo Avelino Gomes
Prof. Dr. Romulo Rougemont
Prof. Dr. Victor Barbosa Martins

Projetos de Pesquisa:

  • Título: Compreendendo o Halo Estelar da Galáxia Via Láctea
    Resumo: O principal objetivo deste projeto é reunir todas as informações relevantes sobre o sistema de halo da Galáxia Via Láctea e, a partir da análise de grandes bases de dados disponíveis na literatura e da observação de objetos pré-selecionados, contribuir para o entendimento desse componente estrutural tão peculiar da Galáxia. Levantamentos sistemáticos da Galáxia, como o Sloan Digital Sky Survey (SDSS), aumentaram em ordens de magnitude a quantidade de dados estelares coletados nas últimas décadas e mudaram drasticamente nossa visão da estrutura galáctica, revelando componentes que até então permaneciam obscuros devido à falta de estatísticas adequadas. Esta proposta se baseia no trabalho iniciado por meu grupo de pesquisa em Arqueologia Galáctica, que obteve resultados importantes no processo de busca, análise e compreensão de estrelas pobres em metais de várias subclasses: estrelas pobres em metais enriquecidas em carbono (CEMP), estrelas azuis desgarradas (BSS) e estrelas do ramo horizontal azul (BHB). Espectroscopia de média e alta resolução fará parte das observações em telescópios de classe de 4 e 8 metros (como SOAR, Gemini etc.), nos quais o Brasil tem participação ativa. Essas observações permitirão determinar abundâncias precisas de outros elementos químicos mais pesados, produzidos por processos de captura de nêutrons, fundamentais para a compreensão da evolução química de estrelas simples e binárias, da própria Via Láctea e, consequentemente, do Universo primordial. Esses elementos pesados são considerados subprodutos da explosão de quilonova resultante da fusão de estrelas de nêutrons, conforme apontam observações recentes do LIGO. Além disso, a análise das propriedades cinemáticas desses objetos, por meio dos dados coletados pelo satélite GAIA, permitirá explorar em maior detalhe as correlações entre padrões de abundância química e seus possíveis locais de formação dentro da complexa estrutura da Via Láctea. (Responsável: Rafael Miloni Santucci)

  • Título: Identificação e análise química de estrelas pobres em metais
    Resumo: Esta proposta é importante para dar suporte à pesquisa emergente em Astrofísica da UFG, que tem atuado no processo de triagem, observação e análise de estrelas muito brilhantes da nossa Galáxia, candidatas a serem as mais antigas do Universo. Utilizando diversas bases de dados astronômicas (públicas e de livre acesso), temos selecionado estrelas que apresentam velocidades maiores que 100 km/s em relação ao Sol e que, por conta disso, provavelmente não partilham do mesmo movimento que ele e, portanto, não pertencem ao disco fino da Galáxia. Em outras palavras, esses astros provavelmente não nasceram junto com o Sol nos braços espirais da Via Láctea ao longo dos últimos 5 bilhões de anos. As estrelas cinematicamente selecionadas, mas que ainda não possuem abundância química medida, são submetidas a uma campanha de observação com o telescópio SOAR, para obtenção de espectros de baixa resolução que fornecerão estimativas gerais de seus principais parâmetros atmosféricos (temperaturas e gravidades superficiais) e abundâncias de alguns elementos químicos mais pesados que o He, tais como Ferro e Carbono. Através desta triagem, temos uma forma simples e eficaz de descobrir mais estrelas extremamente pobres em metais (com abundâncias de Ferro relativas ao Hidrogênio mil vezes menores que as do Sol, em notação logarítmica representada por: [Fe/H] < –3). Sempre que possível, as estrelas observadas também serão analisadas dinamicamente, possibilitando estabelecer suas possíveis origens e associá-las às diversas subestruturas encontradas na Galáxia. Esses astros nos fornecem pistas para entender de onde vieram seus elementos químicos e quais processos astrofísicos foram responsáveis por produzi-los. (Responsável: Rafael Miloni Santucci)

  • Título: Desenvolvimento de um levantamento polarimétrico de grande campo de visão
    Resumo: Nosso objetivo é construir um novo polarímetro óptico com amplo campo de visão, o Large Array Survey Telescope Polarization Node (LAST-P). O LAST-P permitirá monitorar a polarização óptica de um grande número de fontes astrofísicas com alta cadência. (Responsável: Victor Barbosa Martins)
  • Título: Física de Neutrinos e Raios Cósmicos (Experimental e Fenomenológica)
    Resumo: Este é um projeto de pesquisa em Física de Altas Energias Experimental, do nosso grupo no IF - UFG, nos experimentos NOvA e DUNE, ambos no FERMILAB. NOvA é um experimento de oscilação de neutrinos, de 810 km de linha de feixe, fora do eixo, com o objetivo de resolver o octante do parâmetro theta23 e a hierarquia de massa dos neutrinos, e melhorar os limites na fase de violação CP; e toma dados de 2013 a 2027. O experimento DUNE, que está em fase de desenvolvimento, terá seu detector distante a uma distância de 1300km, no eixo da linha de feixe, com uma potência de 1,2MW. Tomará dados, parcialmente completo, a partir de 2027. Estão dentre seus principais objetivos a medida da fase de CP dos neutrinos, resolver a hierarquia de massa e o octante do ângulo theta23. (Responsável: Ricardo Avelino Gomes)

  • Título: Investigações holográficas de propriedades de equilíbrio e não-equilíbrio em sistemas quânticos
    Resumo: Este projeto de pesquisa versa sobre aplicações da dualidade holográfica calibre-gravidade ao estudo de diversas propriedades físicas de diferentes sistemas quânticos fortemente interagentes. Em particular, contempla-se a análise de propriedades termodinâmicas, hidrodinâmicas e de diferentes evoluções dinâmicas distantes do equilíbrio em fluidos quânticos relativísticos fortemente acoplados, e em especial, o plasma de quarks e glúons produzido em colisões relativísticas de íons pesados. Por meio do dicionário holográfico, estes observáveis (intratáveis por métodos perturbativos no regime de acoplamento forte) são mapeados em cálculos de relatividade geral envolvendo gravitação (semi)clássica em espaços-tempo curvos com constante cosmológica negativa (espaços assintoticamente Anti-de Sitter) e ao menos uma dimensão a mais do que a teoria quântica de campos fortemente interagente que se pretende descrever, a qual reside na fronteira (conformalmente) plana do espaço-tempo curvo de dimensão superior. Esta dimensão extra está associada à uma geometrização da escala de energia do grupo de renormalização da teoria quântica de campos dual na fronteira. Os tópicos de investigação desenvolvidos neste projeto envolvem, dentre outros pontos: análises numéricas de processos de hidrodinamização, isotropização e termalização na evolução dinâmica de estados iniciais distantes do equilíbrio, produção de entropia, cálculo de modos quasinormais de buracos negros assintoticamente AdS, cálculo de observáveis termodinâmicos e de coeficientes de transporte. (Responsável: Romulo Rougemont)

  • Título: QCD, hadrons e sistemas fortemente interagentes
    Resumo: Descrição: A Cromodinâmica Quântica (QCD) é a teoria física que descreve a interação nuclear forte, uma das quatro interações fundamentais da natureza, responsável pela estabilidade de núcleos atômicos e pela geração da maior parte da massa da matéria ordinária do universo. Devido à natureza fortemente interagente da matéria da QCD em diversas escalas de energia de interesse físico, o seu tratamento matemático de primeiros princípios é bastante complexo. Neste contexto, a utilização de diferentes técnicas e modelos efetivos abrangendo diferentes aspectos fenomenológicos da QCD se faz bastante útil. A matéria da QCD se apresenta sob diferentes formas dependendo das condições físicas sob as quais é submetida. Sua manifestação mais usual se dá na forma de hadrons, como os prótons e os nêutrons. Quando submetida a temperaturas e densidades extremas, alcançáveis em colisores de partículas de altas energias como o RHIC e o LHC, a matéria da QCD se manifesta como um plasma de quarks e glúons desconfinados (QGP), mas ainda fortemente interagentes. Um dos propósitos deste projeto consiste na investigação de propriedades do QGP e de outros sistemas quânticos fortemente interagentes utilizando-se técnicas de Relatividade Geral por meio da Dualidade Holográfica Calibre-Gravidade, o que tem produzido acordos quantitativos notáveis com resultados de primeiros princípios obtidos via QCD na rede. (Responsável: Romulo Rougemont)

  • Título: Cromodinâmica Quântica e Modelos e Teorias Efetivas para Hadrons
    Resumo: Os principais temas desenvolvidos atualmente dizem respeito a aspectos da cromodinâmica, clássica e quântica, e física de Hadrons. A partir de processos típicos da QCD, como troca de glúons, graus de liberdade de hádrons são introduzidos, e relações entre os graus de liberdade fundamentais (quarks e gluons) e efetivos (hadrons) são investigados. Nestes desenvolvimentos surgem naturalmente contatos com modelos efetivos para baixas energias com algo grau de confiabilidade e preditibilidade. O modelo de quarks constituintes é um dos ponto centrais. Estes assuntos estão sendo investigados para diversos sistemas no vácuo e em densidade energética finita, por exemplo sob campos eletromagnéticos finitos, fracos ou fortes. Além destes tópicos, investigamos as equações de Yang Mills clássicas e aspectos quânticos relacionados, como por exemplo os  loops de Wilson. (Responsável: Fábio Luis Braghin)

Estudantes Atuais:

  • Em construção

Egressos:

  • Em construção

 

 

(Atualizado em: 14/10/2025)

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