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Simulações computacionais de galáxias e de aglomerados de galáxias.

Galáxias barradas

Galáxias são sistemas compostos de estrelas, gás e matéria escura. Através de simulações numéricas, podemos acompanhar a evolução gravitacional de galáxias ao longo de bilhões de anos. Em particular, temos estudado a dinâmicas de galáxias espirais barradas, a estrutura de seus halos de matéria escura e os efeitos do gás e do bojo, entre outros fenômenos.

Colisões de aglomerados de galáxias

Aglomerados de galáxias são as maiores estruturas gravitacionalmente ligadas do Universo. Colisões entre aglomerados são eventos altamente energéticos em que ondas de choque supersônicas se propagam através do gás do meio intra-aglomerado e provocam distúrbios que podem ser observados por telescópíos espaciais de raios-X. Essas colisões funcionam como um laboratório em que se pode estudar o comportamento dinâmico da matéria escura e do gás. Em diversos trabalhos recentes, temos empregado simulações numéricas para reconstruir a história de aglomerados observados.

Galáxias jellyfish

Quando uma galáxia se move através do gás do meio intra-aglomerado, ela sofre um vento (ram pressure, ou pressão de arraste), que pode remover parte do gás de seu meio interestelar. Nos casos mais intensos, forma-se uma longa cauda de gás e a galáxia é chamada de jellyfish (água-viva ou medusa). Esse é um efeito ambiental, isto é, trata-se de uma situação em que o destino da galáxia é afetado não apenas pela sua dinâmica interna, mas também pelas propriedades do meio gasoso em que ela se encontra.

Evolução de galáxias em simulações cosmológicas

Atualmente existem grandes simulações cosmológicas (como a Eagle e a IllustrisTNG) que calculam a formação de estrutura em larga escala no Universo. Importantemente, essas simulações possibilitam o estudo detalhado da formação e evolução de galáxias no contexto cosmológico. Acessando tais bases de dados, podemos analisar diversas propriedades de galáxias ao longo da evolução cósmica, como por exemplo morfologia, formação de barras, gradientes de metalicidade, taxas de formação estelar e muitas outras.

As simulações nos permitem analisar variadas configurações de interesse da Astronomia Extragaláctica. Por exemplo:

- Galáxias isoladas: dinâmica interna da formação e evolução de barras, efeitos do gás, do bojo, do halo
- Interação galáxia-galáxia: galáxia perturbada gravitacionalmente por uma companheira, stellar streams, colisões de galáxias
- Interação galáxia-aglomerado: galáxias jellyfish, ram pressure
- Interação aglomerado-aglomerado: colisões entre dois aglomerados, potencialmente dissociando gás da matéria escura

Simulações de N-corpos

As técnicas computacionais que empregamos são as simulações de N-corpos e hidrodinâmicas. Temos empregado atualmente os códigos Gadget-4 e Arepo, além de diversas ferramentas para análise. No link a seguir encontra-se o pdf de um tutorial prático sobre simulações (realizado em Curitiba em fevereiro/2020, e atualizado em 2022). Pode ser útil para estudantes interessado em aprender na prática os primeiros passos dessas técnicas. Esse tutorial apresenta instruções detalhadas de instalação de programas e exemplos específicos passo-a-passo sobre como criar condições iniciais de galáxias ou aglomerados, rodar a simulação, gerar visualizações e fazer análises simples do output.

Tutorial de N-corpos: Nbody-tutorial-2022.pdf
Tutorial de N-corpos: [nova versão planejada para 2025...]
Alguns vídeos de simulações

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