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Centro de Astrofísica da Universidade do Porto
Bolsas de integração na investigação

Projecto 1
Supervisor: Carlos Martins (CAUP)
Título: Evolução de cordas cósmicas e supercordas
Resumo: Defeitos topológicos (paredes, cordas, monopólos e texturas) formam-se necessariamente em transições de fase no Universo primitivo. Enquanto as paredes e os monopólos têm, em geral, efeitos indesejáveis (que muito frequentemente levam à exclusão de quaisquer modelos que os produzam), as cordas cósmicas são muito mais interessantes, em particular por poderem ser manifestações à escala cosmológica dos objectos mais elementares da teoria de cordas. Por serem objectos não-lineares, o estudo da evolução das redes de cordas requer em geral simulações numéricas altamente complexas. No entanto, uma alternativa consiste numa descrição termodinâmica das redes, ou seja na descrição das propriedades mais importantes da rede através de um pequeno número de quantidades macroscópicas (como comprimentos de correlação ou velocidades médias), cuja evolução pode ser determinada através do estudo analítico da microfísica em questão. Neste projecto pretende-se que o(a) aluno(a) desenvolva alguma intuição física para os vários mecanismos que afectam a evolução das redes de cordas cósmicas e supercordas, e seja capaz de estudar a evolução termodinâmica destas redes em alguns casos particulares (relativamente simples mas cosmologicamente relevantes).
Alguma experiência na análise de equações diferenciais será útil, embora não essencial. Se forem feitos progressos suficientes, os resultados deste projecto poderão ser apresentados no Encontro Ibérico de Cosmologia em 2010. Uma introdução simples às propriedades destes objectos está disponível aqui.

 
Projecto 2
Supervisor: Carlos Martins (CAUP), Mário João Monteiro (FCUP & CAUP), João Fernandes (UC)
Título: Usar as estrelas como laboratórios de Física Fundamental
Resumo: Uma das consequências mais notáveis das teorias com mais do que 3 dimensões espaciais (como a teoria de cordas) é que as constantes fundamentais da natureza estão definidas no espaco global, e as constantes que medimos em 3 dimensões são apenas quantidades efectivas, sujeitas em princípio a variações espacio-temporais. A procura de indícios astrofísicos destas variações é uma forma extremamente eficiente de impor restrições a modelos de física fundamental. Recentemente a análise das riscas de absorção em espectros de quasares produziu alguma evidência, ainda controversa, para a variação cosmológica da constante de estrutura fina (uma medida da intensidade da força electromagnética) e do quociente das massas do electrão e do protão. A procura de métodos astrofísicos alternativos de medição destas constantes, que permitam confirmar ou refutar esta evidência, é pois um assunto extremamente actual. Este projecto inclui um estudo preliminar da viabilidade de um desses possíveis métodos alternativos. Pretende-se que o(a) aluno(a) desenvolva uma análise dos possíveis efeitos da variação destas constantes na evolução dos vários tipos de estrelas. Para além de adquirir alguma intuição física para o papel de cada uma destas constantes (e ainda da constante de Newton) no ciclo de vida das estrelas, a parte mais inovadora do projecto consiste num estudo numérico destes efeitos, através do uso de um código de evolução estelar já existente.
Facilidade no uso de computadores e ferramentas computacionais para o cálculo numérico de modelos é essencial no candidato que se proponha aceitar este desafio de usar as estrelas para testar a Física Fundamental. Os resultados obtidos serão apresentados pelo aluno no Encontro Nacional de Astronomia e Astrofísica de 2010.

 
Projecto 3
Supervisor: Carlos Martins (CAUP), Nelson Nunes (CFTC)
Título: Cosmologia com o CODEX
Resumo: O CODEX é um espectrógrafo, planeado para o E_ELT e actualmente em fase de estudo, cujo principal objectivo científico é medir pela primeira vez de forma directa a expansão e dinâmica global do Universo, através do estudo da evolução temporal do redshift de alguns objectos cuidadosamente seleccionados. Pretende-se que o bolseiro se familiarize com os objectivos científicos do CODEX e use algumas ferramentas analíticas e numéricas para estudar algum do seu impacto na Cosmologia, particularmente no que diz respeito a testes das propriedades da energia escura. Poderão também ser feitas comparações com a precisão de outras missões espaciais em preparação.
Alguma experiência com ferramentas computacionais será útil, mas não é essencial. Se forem feitos progressos suficientes, os resultados deste projecto poderão ser apresentados no Encontro Ibérico de Cosmologia em 2010.

 
Projecto 4
Supervisor: Nuno C. Santos (CAUP)
Título: Determinação de parâmetros físicos em estrelas com e sem planetas extra-solares
Resumo: Este projecto tem como objectivo dar ao estudante a possibilidade de aprender alguns métodos para derivar as propriedades físicas (temperatura, gravidade à superfície, e abundâncias químicas) de estrelas de tipo solar. Estes métodos serão depois aplicados para derivar abundâncias em estrelas que têm planetas em órbita. Os resultados serão publicados no contexto de um novo catálogo de parâmetros estelares para estrelas com planetas em órbita. Os dados deste catálogo permitirão estudar algumas das propriedades dos exoplanetas descobertos, bem como comparar os resultados com as previsões dos modelos de formação planetária. No desenrolar do projecto espera-se que o estudante possa aprender a usar sistemas operativos unix/linux/macosx, bem como a manipular uma série de programas e códigos específicos para a redução e análise de espectros de alta resolução.

 
Projecto 5
Supervisor: Nanda Kumar (CAUP)
Título: Processamento de alta resolução de dados do telescópio espacial Spitzer
Resumo: O Telescópio Espacial Spitzer (SST) produziu recentemente uma grande quantidade de dados fotométricos no infravermelho - bandas de 3 a 24 microns - de uma grande parte do céu, observando objectos galácticos e extra-galácticos. O SST tem sido um poderoso instrumento que está a revolucionar o nosso entendimento da formação estelar. Recentemente, uma equipa do Jet Propulsion Lab, Caltech, E.U.A. desenvolveu um software de processamentob a alta resolução que irá melhorar a resolução espacial das imagens de um factor dois. Este tratamento de imagem pode ajudar-nos, em particular, no estudo de envelopes proto-estelares, discos, jactos, outflows, sistemas binários e múltiplos em enxames estelares jovens. Este tratamento também dá resultados de ponta para galáxias, remanescentes de supernovas, enxames globulares e qualquer objecto disponível no arquivo do SST.
O projecto é flexível no sentido em que o aluno levará a cabo o processamento a alta resolução de várias imagens do Spitzer e respectiva análise científica no âmbito do(s) tema(s) que mais se adequa(m) aos seus interesses.

 
Projecto 6
Supervisor: Nanda Kumar (CAUP)
Título: Projectos em formação estelar, em enxames obscurecidos
Resumo: Projectos na área de formação estelar poderão ser desenvolvidos, onde o aluno vai trabalhar sobre dados observacionais no infravermelho e banda milimétrica, já obtidos a partir de telescópio da classe 4-8m e arrays no milimétrico. A essência dos projectos consite em realizar a fotometria, espectroscopia e modelação da transferência radiativa de regiões de formação estelar e enxames obscurecidos pela poeira. Será possível ao(s) aluno(s) escolher(em) entre cinco conjuntos de dados e projectos específicos.

 
Projecto 7
Supervisor: Giancarlo Pace (CAUP)
Título: Determinação das propriedades de estrelas do tipo solar em enxames abertos
Resumo: O aluno deverá medir, usando diferentes métodos, a temperatura e a composição química de estrelas de tipo solar pertencentes a vários enxames abertos. O objectivo consiste em que o estudante ganhe experiência no uso desses métodos, compare os resultados, avalie as respectivas vantagens e desvantagens e, possivelmente, desenvolva e implemente melhoramentos aos métodos.

 
Projecto 8
Supervisor: Giancarlo Pace (CAUP)
Título: Estudo das propriedades dos enxames abertos
Resumo: O objectivo deste projecto consiste no estudo de enxames abertos. O aluno utilizará e planeará observações para determinar as características destes sistemas.

 
Projecto 9
Supervisor: João lima (FCUP & CAUP), Alexandre Aibéo Fernandes (CAUP & ESTV)
Título: Modelos MHD para o vento solar
Resumo: Com base nos dados observacionais da sonda SoHO compilados num projecto anterior, e de dados da sonda Ulysses pretende-se testar e explorar a capacidade e potencial de modelos MHD para o vento solar. Este projecto envolve a manipulação de códigos computacionais pelo que é condição preferencial um bom domínio de linguagens de programação e na utilização de computadores.

 
Projecto 10
Supervisor: António da Silva (CAUP)
Título: Simulações numéricas de N-corpos em Cosmologia: formação e evolução de estrutura cósmica
Resumo: As simulações numéricas de N-corpos são uma poderosa ferramenta em Cosmologia para estudar o processo de formação e evolução da estrutura cósmica. Elas permitem fazer uma descrição detalhada, tridimensional, do processo de formação de estrutura a larga escala (LSS) desde uma fase inicial do Universo, onde as perturbações de densidade são ainda pequenas, até ao seu estado actual caracterizado por estruturas complexas como estrelas, galáxias, enxames de galáxias e estruturas filamentares. O objectivo deste projecto é introduzir o bolseiro ao problema de formação de estrutura no Universo, fazendo uso de simulações numéricas de N-corpos com hidrodinâmica. O projecto inclui como tarefa central a comparação de códigos públicos de simulações numéricas de LSS em termos de precisão de resultados, consumo de recursos de sistema e velocidade. Para além da aquisição de experiência em preparar, correr e extrair informação cosmológica a partir das simulações a efectuar, é suposto que o bolseiro adquira conceitos fundamentais sobre formação de estrutura, simulações de hidrodinâmica, e experiência em correr códigos em plataformas GRID e de processamento paralelo.

 

Projecto 11
Supervisor: Margarida Cunha (CAUP), Mário João Monteiro (FCUP & CAUP)
Título: Caracterização de estrelas alvo de missões espaciais
Resumo: O estudo do interior de uma estrela é feito a partir de observações da sua superfície. Para reproduzir o interior recorre-se às leis da Física e impõe-se que à superfície o modelo reproduza tão bem quanto possível as propriedades observadas. Assim, quanto mais completo for o conjunto de observáveis independentes para uma dada estrela, mais restrições se poderão impor ao modelo do seu interior. Entre as propriedades passíveis de serem observadas à superfície de uma estrela incluem-se, por exemplo, as magnitudes, a paralaxe, a temperatura efectiva e a composição química. Para algumas estrelas é ainda possível observar movimentos à superfície associados à propagação de ondas no interior das mesmas. Nestes casos dizemos que as estrelas oscilam. Recentemente foram lançados dois satélites, o CoRoT e o Kepler, que têm, entre outros, o objectivo de detectar pequenas oscilações à superfície de estrelas. Para obter informação acerca do interior destas estrelas é necessário combinar as observações destes satélites com outras observáveis das estrela, tal como as descritas acima (magnitudes, paralaxe, temperatura, etc). O projecto aqui proposto consiste em escolher um conjunto de estrelas que irão ser observadas por estes satélites e para elas:
  • Procurar em catálogos toda a informação complementar disponível para as mesmas;
  • A partir desses dados, posicionar as estrelas no diagrama HR;
  • Recorrendo a uma rede (já disponível) de modelos, fazer uma primeira caracterização da estrela (isto é, estimar a massa e a idade) e das suas propriedades sísmicas básicas;
  • Decidir acerca da necessidade de obter observações adicionais;
  • Confrontar de forma crítica com os dados sísmicos obtidos pelo(s) satélite(s).
O trabalho desenvolvido será submetido para apresentação durante o Encontro Nacional de Astronomia e Astrofísica de 2010. Será ainda considerada a possibilidade do(s) aluno(s) participarem numa das reuniões organizadas no âmbito da exploração dos dados do satélite Kepler.

 
Projecto 12
Supervisor: Pedro Viana (FCUP & CAUP)
Título: Como planear uma experiência em Cosmologia
Resumo: Um dos objectivos mais fundamentais da investigação científica é a estimação dos valores que podem tomar os parâmetros que caracterizam um dado modelo da realidade, tendo em conta um conjunto de observações. Um problema associado é a determinação do grau de constrangimento que seria possível impor aos valores possíveis para esses parâmetros, se tivessemos à nossa disposição um certo tipo de dados observacionais. Em icosmo.org são disponibilizados códigos em IDL que utilizam o conceito de matriz de informação de Fisher para abordar essa questão, no contexto do estudo de modelos que pretendem descrever a evolução em larga escala do Universo. Pretende-se que o aluno utilize este software para determinar o nível de constrangimento que é possível impor aos parâmetros cosmológicos mais importantes, como por exemplo aqueles que caracterizam a energia escura, em função das características dos tipos de dados observacionais considerados em icosmo.org. Neste momento, tais dados estão associados a três métodos que permitem obter informação sobre a dinâmica em larga escala do Universo:  efeito de lente gravitacional; distribuição espacial das galáxias; relação entre distância e desvio para o vermelho, derivada da observação de supernovas do tipo Ia. Após o aluno cumprir a primeira parte do projecto, pretende-se que tente desenvolver, em IDL, um código que permita adicionar a estes métodos, aquele que se baseia na variação com o tempo da abundância de enxames de galáxias.