Resumo

As ondas gravitacionais, previstas por Albert Einstein há mais de um século, abriram uma nova fronteira na astrofísica ao possibilitar a observação direta de fenômenos antes inacessíveis. Nesta palestra, exploraremos os fundamentos teóricos dessas ondulações no espaço-tempo e suas principais fontes, como colisões de buracos negros e estrelas de nêutrons, explosões estelares e até vestígios do Big Bang. Também abordaremos os avanços tecnológicos que tornaram possível sua detecção, discutindo o funcionamento de observatórios como LIGO, Virgo e KAGRA, além das perspectivas futuras com detectores de próxima geração. Por fim, veremos como a combinação das ondas gravitacionais com outros “mensageiros cósmicos”, como ondas eletromagnéticas, neutrinos e raios cósmicos, pode revolucionar nosso entendimento da astrofísica. A palestra tem como objetivo oferecer uma visão geral acessível e inspiradora dessa área de pesquisa, destacando seus impactos para a ciência e as oportunidades para novos pesquisadores. 

Resumo: Ao longo da história da Física de Partículas, colisores e detectores de partículas desempenharam papéis cruciais auxiliando-nos na construção de modelos das interações fundamentais. Mas, à medida que a tarefa de desvendar a Física Além do Modelo Padrão fica cada vez mais desafiadora, torna-se essencial incrementarmos nosso arsenal com novos tipos de experimentos capazes de nos fornecer dados complementares sobre a física a altas energias. Nesse seminário vamos mostrar como detecções de ondas gravitacionais poderiam ser usadas para extrair informações sobre o Universo primordial e, portanto, sobre a constituição e o comportamento das partículas elementares a altas temperaturas. Discutiremos, em especial, o caso de ondas gravitacionais oriundas de transições de fase cosmológicas. Veremos que, caso essa transição ocorra na escala eletrofraca de energia, a Física envolvida poderá ser explorada tanto por colisores atuais quanto pelo futuro detector LISA, um interferômetro de ondas gravitacionais que será lançado ao espaço em meados da próxima década. Ilustraremos, com exemplos concretos, como as informações obtidas via colisores e via detectores de ondas gravitacionais são complementares, e como o estudo da cosmologia pode contribuir para uma melhor compreensão da fenomenologia dos modelos em colisores, e vice-versa. 

The mass-loss history of evolved stars strongly influences the formation of planetary nebulae (PNe) and in turn galactic chemical enrichment. Recent JWST observations have highlighted the intricate structures within PNe, suggesting complex mass-loss mechanisms. To address this, we present a detailed three-dimensional photoionization model of the PN NGC 3132 using the MOCASSIN code. Our model is constrained by a comprehensive multi-wavelength dataset, including integrated and spatially resolved optical/UV spectroscopy (VLT/MUSE), velocity-resolved line profiles, emission line maps, and new mid-infrared photometry from JWST. A three-dimensional density structure was derived from new SOAR/SAMFP data assuming homologous expansion. The best-fitting model accurately reproduces key observational features, yielding a progenitor mass of (2.7±0.2)M⊙ and a He-poor circumstellar shell.

Abundance analysis reveals C/O=(2.02 ± 0.28) and N/O=(0.39 ± 0.38), consistent with the progenitor mass. While integrated nebular properties from the model align with results obtained from traditional empirical methods, the latter provide only approximate estimates when applied to synthetic observations, highlighting limitations in analyzing spatially complex ionization structures.

 Nesta palestra vamos rever os pilares fundamentais do modelo padrão da Cosmologia, que nos levam à sua formulação nos espaços-tempos de Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW). Em particular, vamos definir precisamente o conceito de homogeneidade e isotropia para a expansão do espaço, para sua geometria e também para a matéria constituinte. Mostraremos que é viável obter modelos fisicamente consistentes onde as duas primeiras hipóteses são satisfeitas, porém com uma distribuição inomogênea de matéria, e tal que em larga escala reproduz um comportamento muito análogo ao modelo padrão.  

A espectroscopia Raman é uma técnica versátil e sensível para investigar as propriedades estruturais, vibracionais e até mesmo eletrônicas de materiais semicondutores. Neste trabalho, será apresentada a aplicação dessa técnica na análise de óxido de zinco (ZnO), um material amplamente estudado devido às suas propriedades ópticas, eletrônicas e fotocatalíticas. O foco será a influência da substituição parcial de Zn por prata (Ag) em diferentes concentrações, discutindo como esse processo modifica a estrutura cristalina e as vibrações características do ZnO. Serão explorados os seguintes pontos:

• Fundamentos da espectroscopia Raman aplicados a semicondutores.

• Modos vibracionais do ZnO na estrutura wurtzita e como são identificados no espectro Raman.

• Efeitos da dopagem com prata, incluindo deslocamentos de picos, alargamento de bandas e surgimento de novos modos associados a defeitos estruturais e distorções locais.

• Correlação com propriedades físicas, como fotoluminescência e condutividade, destacando a importância da caracterização estrutural para aplicações em sensores, dispositivos optoeletrônicos e catálise.

A apresentação busca mostrar como a espectroscopia Raman se consolida como ferramenta indispensável para compreender os mecanismos de dopagem em nanomateriais, oferecendo subsídios para o desenvolvimento de novos dispositivos funcionais.

Buracos negros primordiais (PBHs) são objetos hipotéticos que podem ter sido produzidos a partir de flutuações na densidade de energia em uma fase inicial do nosso Universo. Observações recentes sugerem a existência de um intervalo de massas no qual tais objetos poderiam explicar a matéria escura em nosso Universo. Devido ao seu tamanho submicroscópico, um PBH poderia orbitar dentro do corpo de uma estrela, por um longo tempo, sem alterar significativamente sua massa. Neste trabalho, examinamos as possíveis consequências dessa hipótese. Analisamos as trajetórias de um PBH em órbita em torno do centro de uma estrela semelhante ao Sol e os sinais de ondas gravitacionais produzidos por esse sistema. Mostramos que tais sinais podem ser suficientemente intensos para serem detectados em futuros experimentos de ondas gravitacionais. 

A evolução das galáxias é ditada pela densidade do meio intergaláctico (MIG) onde residem, estabelecendo a correlação morfologia-densidade. Em ambientes mais densos (aglomerados), há uma prevalência de galáxias early-type (elípticas e lenticulares) – vermelhas, velhas e quiescentes – enquanto galáxias late-type (espirais) dominam em baixas densidades.

Esta apresentação explorará os mecanismos físicos que impulsionam essa transformação focando no papel da densidade ambiental com uma visita no papel dos filamentos cósmicos, as estruturas da teia cósmica que atuam como as principais vias de acréscimo de galáxias aos aglomerados. Nos filamentos, o ambiente de densidade intermediária promove o chamado "pré-processamento" crucial, onde atuam alguns dos processos-chave que transformam galáxias ricas em gás e em formação estelar em galáxias early-type quiescentes ("quenching"), como as interações gravitacionais e o ram-pressure stripping (remoção de gás pelo atrito com o MIG) nos filamentos e aglomerados levam à transição de espirais para elípticas/lenticulares, os mecanismos que removem ou aquecem o gás da galáxia (como o stripping e o strangulation), eliminando o combustível para a formação de novas estrelas.

Ao examinar as propriedades e a distribuição de galáxias early-type em diferentes zonas da teia cósmica, especialmente nos filamentos, buscamos determinar a linha do tempo e a eficiência desses mecanismos ambientais, fornecendo uma imagem mais clara de como a estrutura em grande escala do Universo determina o destino evolutivo das galáxias. 

A evolução das galáxias é ditada pela densidade do meio intergaláctico (MIG) onde residem, estabelecendo a correlação morfologia-densidade. Em ambientes mais densos (aglomerados), há uma prevalência de galáxias early-type (elípticas e lenticulares) – vermelhas, velhas e quiescentes – enquanto galáxias late-type (espirais) dominam em baixas densidades.

Esta apresentação explorará os mecanismos físicos que impulsionam essa transformação focando no papel da densidade ambiental com uma visita no papel dos filamentos cósmicos, as estruturas da teia cósmica que atuam como as principais vias de acréscimo de galáxias aos aglomerados. Nos filamentos, o ambiente de densidade intermediária promove o chamado "pré-processamento" crucial, onde atuam alguns dos processos-chave que transformam galáxias ricas em gás e em formação estelar em galáxias early-type quiescentes ("quenching"), como as interações gravitacionais e o ram-pressure stripping (remoção de gás pelo atrito com o MIG) nos filamentos e aglomerados levam à transição de espirais para elípticas/lenticulares, os mecanismos que removem ou aquecem o gás da galáxia (como o stripping e o strangulation), eliminando o combustível para a formação de novas estrelas.

Ao examinar as propriedades e a distribuição de galáxias early-type em diferentes zonas da teia cósmica, especialmente nos filamentos, buscamos determinar a linha do tempo e a eficiência desses mecanismos ambientais, fornecendo uma imagem mais clara de como a estrutura em grande escala do Universo determina o destino evolutivo das galáxias. 

Núcleos ativos de galáxias (AGN) estão entre os objetos mais brilhantes do Universo. As linhas de emissão do espectro de um AGN exibem diversas características particulares como componentes largas (~103km/s) e estreitas (~102km/s) de uma mesma espécie iônica. O Modelo Unificado é invocado para explicar essas componentes, atribuindo a elas regiões espaciais distintas no AGN. Um dos aspectos mais intrigantes da região emissora de linhas largas (BLR) é a emissão de FeII, a qual dezenas de milhares de multipletos formam um pseudo-contínuo do ultravioleta (UV) ao infravermelho próximo (NIR). Esta emissão, e outras linhas de baixa ionização como OI e CaII, necessitam condições físicas somente encontradas na BLR para serem emitidas. Neste trabalho, apresentamos o espectro de IRAS13224-3809, que desafia este paradigma, apresentando linhas tradicionalmente pensadas como emitidas pela BLR mas com larguras tipicamente encontradas na região emissora de linhas estreitas (NLR). O espectro foi observado do UV ao NIR com STIS/HST, Goodman/SOAR e ARCOIRIS/Blanco. A emissão de FeII foi modelada a partir do uso de templates e as linhas de emissão e contínuo foram ajustados usando o método de minimização do Chi2. Modelos teóricos de fotoionização foram produzidos utilizando CLOUDY. Nossos resultados apontam que as linhas, apesar de estreitas (~400km/s), são formadas na BLR, em regiões com parâmetros de ionização e densidade da ordem de -2.5 e 1012, respectivamente. A massa do buraco negro e taxa de Eddington foram estimadas em 106·4massas solares e 1.24, respectivamente, o que representa um AGN possivelmente jovem. Os resultados, ainda, são discutidos dentro do contexto do espaço de parâmetros do autovetor 1, pensado como uma sequência evolutiva dos AGN.

The standard picture of the loop expansion suggests that tree diagrams are to be associated with classical physics, while loop effects are quantum mechanical in nature. This is not true in the presence of at least two massless propagators, and classical physics can arise from loop contributions. In this talk we will see how this has a profound effect on the investigation of observables in gravitational-wave physics. After reviewing some basic results from the modern amplitudes program, we will look into explicit examples where classical observables in the general relativistic two-body problem can be extracted from a formalism based on quantum scattering amplitudes.  

Dentre os objetos astronômicos mais intrigantes e belos estão as chamadas nebulosas planetárias. Tais objetos são formados de material ejetado por estrelas de massa baixa ou intermediária nos estágios finais de sua evolução. O núcleo exposto da estrela, que agora ruma para tornar-se uma estrela compacta anã branca, ioniza e aquece esse material composto tanto de gás, como de grãos de poeira. Imagens tomadas por telescópios em diferentes faixas espectrais mostram morfologias variadas e espetaculares. Além de proporcionar um belo espetáculo aos nossos olhos, tais objetos são excelentes laboratórios para estudos de Física e Química, muitas vezes em condições extremas e que são ainda inacessíveis para nossos laboratórios. Neste colóquio, vou falar mais sobre esses objetos e de como podemos saber mais sobre eles e sobre nosso Universo através de exemplos de estudos de seu espectro de emissão.

A interação entre luz e matéria é responsável por diversos fenômenos à nossa volta, alguns dos quais requerem um tratamento quântico tanto para a matéria quanto para radiação, como o caso da emissão espontânea. Para o caso em que a matéria está em baixas velocidades podemos tratar a interação entre luz e matéria dentro contexto da eletrodinâmica quântica de baixas energias, teoria na qual o campo eletromagnético é quantizado e a matéria é descrita no âmbito da mecânica quântica não relativística. Essa apresentação terá duas partes: na primeira apresentarei de maneira introdutória a eletrodinâmica quântica de baixas energias discutindo brevemente diferentes fenômenos descritos por essa teoria e apresentando exemplos na interface entre a teoria quântica de campos e a matéria condensada. Na segunda parte discutirei brevemente alguns trabalhos recentes que viemos desenvolvendo em nosso grupo. Discutiremos sobre a emissão de radiação por átomos acelerados e mostraremos que este constitui o análogo microscópico do efeito Casimir dinâmico. Em seguida, veremos uma abordagem multipolar para o Casimir dinâmico mesmo no caso macroscópico. Por fim, comentaremos sobre efeitos não inerciais do vácuo quântico em situações envolvendo a rotação de nanoesferas. Discutiremos sobre como a rotação leva a uma quebra do equilíbrio térmico na resposta elétrica dos materiais.

No contexto de multifuncionalidades associadas a tópicos de energia, os óxidos semicondutores possuem um viés tecnológico que é explorado em suas propriedades tanto volumétricas (bulk) como em menor dimensionalidade, tal como na superfície. Estas propriedades são intimamente dependentes de defeitos, principalmente quando há quebra de estequiometria. Outras abordagens interessantes são a introdução de dopantes ou formação de ligas ternárias. Um elemento-chave que atua em múltiplas funcionalidades é o sódio. A inserção de sódio ocorre de forma favorável na síntese de óxidos semicondutores por spray-pirólise, levando-nos a investigar uma fenomenologia interessante. Neste seminário mostraremos algumas de nossas pesquisas que mostram que a dopagem de Na em matrizes de ZnO leva a introdução de níveis aceitadores, com uma consequente dopagem do tipo-p e fotocondução gigante, além de exibir uma superfície reativa a determinadas atmosferas.  Esta reatividade pode ser explorada em uma fenomenologia voltada a efeitos de memória elétricos e ópticos, como em memristors e dispositivos neuromórficos.

In this talk, we start by mentioning some remarkable quantum vacuum effects in the context of Quantum Electrodynamics, as for example dispersive forces and the Casimir effect, dynamical Casimir effect, spontaneous emission, light-light scattering, the elastic scattering of light by a heavy nucleus (Delbrück scattering) and pair creation by external fields, among others. Here, we shall be concerned only with two of them, namely, the Casimir-Polder interaction between an atom and a plane wall and the influence of macroscopic bodies in the vicinities of an excited atom in its spontaneous emission (SE) rate (Purcell effect). Particularly, we show how to control these processes with external agents. This talk is divided in two parts. In the first one, we show how to control the Casimir-Polder interaction between an atom and a graphene sheet with an external magnetic field and use this fact to propose a mechanism to control the so called quantum reflection (QR) of a beam of atoms impinging the graphene sheet. QR is a bizarre effect which consists of a non-vanishing probability of a particle moving under the action of a monotonically decreasing potential in the direction of its motion to be reflected and start moving in the opposite direction. An important example of QR to be treated here occurs when cold atoms move toward a plane wall. Due to the attractive character of the (Casimir-Polder) atom-wall interaction, one could naively expect that all of them would be adsorbed by the wall, but as a consequence of the (quantum) wave-particle duality, many of them are reflected. We also consider QR with other bidimensional materials, as those of the graphene family and show that QR may be very sensible to topological phase transitions. In the second part of this talk, after a brief historical survey of SE, we show how to compute SE rates and how the vicinities of an atomic system can influence this rate. After some introductory examples of the Purcell effect, we discuss more involved problems and show how to control SE in some non-trivial situations.

A epitaxia por feixe molecular (MBE) é conhecida por ser o estado da arte (regra de ouro) do crescimento epitaxial. A técnica controla com precisão a estrutura, a composição química, as concentrações de dopagem e as taxas de deposição. A técnica de MBE pode produzir estruturas avançadas para o estudo de física básica, como materiais topológicos, supercondutividade, informação quântica e propriedades de transporte quântico, utilizando diferentes materiais e heteroestruturas. Neste seminário, o crescimento de nanomembranas semicondutoras combinando filmes finos de materiais dos grupos III-V e II-VI e o isolante topológico magnético (MnBi2Te4) serão abordados. O objetivo é mostrar os trabalhos recentes desenvolvidos pelo grupo sobre o crescimento de tais materiais com alta incompatibilidade de rede.