Este artigo apresenta um relato de experiência, realizado em uma escola municipal de Ensino Fundamental em Linhares-ES, com alguns alunos de 9º ano. A reflexão deve-se à participação da Escola E.M.E.F. “Prefeito Roberto Calmon” na Mostra de Astronomia do Espírito Santo. Pensando no objetivo de avançar os estudos referentes à astronomia no contexto escolar, apresentamos uma pesquisa abrangente sobre o tema: Telescópios, desde o seu início até os dias atuais. Nossa pesquisa procurou informações a respeito dos equipamentos, de personalidades e contribuições para a astronomia. O tema foi apresentado aos discentes da escola citada e, em outras escolas da cidade de Linhares-ES, o que nos proporcionou um aprendizado enriquecedor. Durante a VII Mostra de Astronomia do Espírito Santo, uma competição de caráter colaborativo, recebemos contribuições maravilhosas que acrescentaram muito ao nosso trabalho de divulgação científica e salientamos a importância de fazer a divulgação também através de um site criado pelos alunos, e na divulgação desse manuscrito.
Neutrinos são as partículas mais abundantes do Universo depois dos fótons, mas suas massas ainda não são conhecidas. Neste artigo mostramos como a cosmologia moderna permite investigar essa propriedade fundamental por meio da Radiação Cósmica de Fundo, das oscilações acústicas bariônicas e do crescimento das estruturas em larga escala. Discutimos como neutrinos, relativísticos no Universo primordial e não relativísticos em épocas tardias, deixam assinaturas tanto na história da expansão quanto na formação da teia cósmica. Mostramos também como dados recentes de levantamentos de galáxias, como o DESI, combinados com simulações cosmológicas, permitem impor limites cada vez mais precisos sobre a soma das massas dos neutrinos, tornando o Universo um poderoso detector dessas partículas.
Type Ia supernovae provided the first evidence, by the end of the 1990's, that the expansion of the Universe is accelerated. Since then, various groups, using different observations have been confirmed this pioneer result, indicating that the Universe is in phase dominated by a cosmological constant, which is the simplest mechanism to explain the cosmic acceleration, in the context of general relativity. However, as the observation techniques were improving, the number of observed events increased to a point at the statistical uncertainties are not the biggest problem. The main focus of new projects shifted to controlling systematic errors due to modeling of the phenomenon, observation conditions e equipment limitations. In this work, we present a small glimpse of the photometry challenge, regarding the observation of astronomical events em large wavelenght bands and, from this information, infer intrinsic properties of such events. In addition, in briefly consider the challenge of controlling the propagation of uncertainties to the estimated distances e, consequently, to the cosmological parameters obtained from them.
Astroparticle physics plays a central role in addressing fundamental questions in modern physics by connecting particle physics, cosmology, and astrophysics. Among the main problems, we highlight the nature of dark matter and dark energy, primordial inflation, the matter-antimatter asymmetry of the universe, and the origin of ultra-high-energy cosmic messengers. In this article, we review the main observational evidence for dark matter, which spans scales from galactic to cosmological, and discuss the two most explored scenarios for its nature: primordial black holes and new fundamental particles beyond the Standard Model. We explore the main theoretical and experimental bottlenecks that challenge the search for the nature of dark matter, highlighting those associated with extended mass distributions of primordial black holes and the absence of weakly interacting massive particle signals in direct, indirect, and accelerator detection experiments. We also discuss the role of next-generation experiments, including very high-energy gamma-ray telescopes and multi-messenger detectors. Finally, we conclude that the combination of high-precision observations and theoretical advances will be crucial to elucidating the microphysics of dark matter and deepening our understanding of the extreme universe.
O presente ensaio destaca a figura do grande físico e filósofo da ciência Pierre Duhem, cujas contribuições anteciparam em mais de 50 anos alguns elementos das epistemologias de Popper, Kuhn e Lakatos. Duhem defendeu que o progresso na ciência não é adequadamente descrito como um simples confronto entre teoria e experimentos, mas em uma relação tripartite envolvendo a comparação entre teorias distintas e experimentos, atuando majoritariamente como instância de comparação e de escolha. Para ilustrar as teses de Duhem trazemos o exemplo das primeiras detecções de quasares e como essas detecções contribuíram decisivamente no, até então acalorado, debate cosmológico entre a teoria do Big Bang e a teoria do Estado Estacionário. A dinâmica por trás da variação na quantidade de quasares pelo Universo ao longo do tempo nos revelou que o mesmo é um sistema físico em constante mutação, característica dentre as mais belas previstas pela teoria do Big Bang e sem explicação no interior do modelo do estado Estacionário.
Este artigo compara as atmosferas da Terra e de Marte sob a perspectiva astrobiológica, examinando evolução, composição e processos que condicionam a habitabilidade. Para a Terra, discute-se a formação e a regulação climática por oceanos e sedimentação de CO2, o surgimento de uma atmosfera rica em O2 (Grande Evento de Oxidação) e o papel de N2, O2 e O3 na manutenção da água líquida e da vida. Em Marte, analisam-se a atual atmosfera de baixa pressão dominada por CO2, a perda atmosférica e hídrica, a intensidade da radiação superficial e a química oxidante do solo que comprometem a preservação de matéria orgânica. O texto enfatiza a complementaridade entre estudos atmosféricos e investigações do subsolo, onde refúgios subsuperficiais com menor dose de radiação e oxidação química atenuada são identificados como os locais mais promissores para preservação de bioassinaturas. O artigo adota caráter didático a partir de uma abordagem integradora, apoiando a compreensão de estudantes e simpatizantes das áreas de astronomia e astrobiologia acerca dos processos-chave que regem a habitabilidade planetária.
Apresentamos a tradução do artigo publicado por Albert Einstein em 1917. Nele é introduzida, pela primeira vez, uma constante cosmológica, termo que hoje desempenha um papel muito importante para o modelo padrão da cosmologia. Alguns comentários introdutórios são apresentados, seguidos da versão em português do texto originalmente escrito em alemão.
O modelo cosmológico padrão tem fornecido, por várias décadas, a descrição consistente de uma ampla gama de observações cosmológicas e astrofísicas. Apesar desse sucesso, discrepâncias persistentes na determinação de parâmetros fundamentais, em particular a constante de Hubble (H0) e a amplitude do crescimento das estruturas, frequentemente parametrizada por S8, revelam tensões significativas entre sondas do universo primordial e tardio, com diferentes níveis de significância estatística. Essas tensões podem estar parcialmente associadas a incertezas sistemáticas ainda não completamente compreendidas, mas também motivam a investigação de extensões do ΛCDM, incluindo modificações na energia escura, no setor escuro e na gravidade em grandes escalas. Neste trabalho de revisão didática, apresentamos uma visão geral das principais observações atualmente envolvidas nessas discrepâncias, discutimos seus potenciais vieses observacionais e sintetizamos os cenários mais relevantes, destacando as perspectivas oferecidas pelos levantamentos cosmológicos da geração atual.
Este artigo apresenta os desafios enfrentados na busca por sinais de ondas gravitacionais pelos detectores LIGO, decorrentes da presença de ruídos nos dados. Esses ruídos podem se acoplar aos interferômetros por meio de diferentes mecanismos físicos associados ao ambiente ou à instrumentação. Como consequência, eles podem afetar a estimativa de parâmetros das detecções reais, reduzir a significância estatística dos eventos observados ou, em alguns casos, mimetizar sinais astrofísicos.
A evidência observacional de que o Universo se encontra em expansão acelerada representa um dos principais desafios da cosmologia moderna, sendo usualmente atribuída à presença de uma componente dominante conhecida como energia escura. O modelo cosmológico padrão, ΛCDM, fornece uma descrição consistente de uma ampla gama de observações, mas enfrenta importantes dificuldades tanto do ponto de vista teórico quanto observacional. Neste artigo, apresentamos uma revisão do modelo ΛCDM, discutindo sua fundamentação teórica e os principais testes observacionais que sustentam sua validade. Damos ênfase às tensões observacionais recentes, como aquelas associadas à constante de Hubble (H0) e à amplitude das flutuações de matéria (S8), além de resultados recentes do levantamento DESI que sugerem possíveis desvios em relação ao modelo padrão. Discutimos ainda as implicações dessas tensões e possíveis extensões do modelo, destacando o papel de cenários com energia escura dinâmica. Este panorama busca fornecer uma visão atualizada dos desafios enfrentados pela cosmologia contemporânea e das perspectivas para a compreensão da aceleração cósmica.
We describe in a relatively popular way the main ideas of the many-worlds interpretation of quantum mechanics. We discuss the question about its “counter-intuitiveness” citing some literature works written before and after its invention.
Neste artigo de divulgação, faz-se uma revisão de conceitos fundamentais da teoria quântica e de sua aplicação à construção de uma teoria quântica da gravitação e da cosmologia. Destaca-se o problema do tempo: como entender a evolução de um Universo quântico se não há uma variável clássica que represente um tempo absoluto?
This text explores the profound and beautiful interplay between quantum physics and mathematics. We journey from the crisis of classical physics at the turn of the 20th century to the elegant, abstract mathematical frameworks that define modern quantum mechanics. We will see how physical problems forced the invention of new mathematics and how mathematical structures, in turn, provided the language to describe the quantum realm. Key figures like Planck, Einstein, Heisenberg, Born, von Neumann, Weyl, and Dirac will guide us,revealing a story where physical intuition and mathematical formalism are inextricably linked.
In 1974, a discovery shook the scientific community. Stephen Hawking showed that, when quantum mechanics is taken into account, black holes are not black but emit thermal radiation, as measured by stationary observers far away from the black hole. Since then, the resulting process of black hole evaporation has sparked a debate that divides physicists to this day: what happens to the information that falls into the black hole? In this article, we will review the process of black hole evaporation, showing in particular that there is nothing paradoxical about the loss of information in the end. We will then examine the alternatives to information loss, highlighting their pros and cons.
Quantum mechanics was developed in the early 20th century as a computational algorithm to organize and predict the strange results of a wide variety of experiments involving the microscopic world (molecules, atoms, elementary particles), which appeared random but had a predictable probabilistic distribution. Despite its overwhelming success, the conceptual foundations of this algorithm remain unclear and extremely controversial. How can we connect the microscopic world described by quantum mechanics with the macroscopic world of our daily experience? What is the role of observers in this connection? Why don't strange quantum phenomena occur on macroscopic scales? How can we explain the nonlocal nature of quantum phenomena? In this article I will present some attempts to answer these and other basic questions, which constitute different theories with completely different worldviews, commenting on their strengths and weaknesses. We will conclude that quantum theory is still under construction, as there is no consensual formulation. Its development is a fundamental problem in contemporary physics, and in thought in general.
Apresentamos a tradução do artigo publicado por Werner Heisenberg em 1925, e que constitui um marco naconstrução da mecânica quântica. Alguns comentários introdutórios são apresentados, seguidos da versão emportuguês do texto originalmente escrito em alemão.
No centenário da mecânica quântica, este trabalho traz uma revisão dos fundamentos, desafios e novos horizontes da teoria quântica de muitos corpos, com foco na Teoria do Funcional da Densidade (DFT), no método GW e em diversas aplicações desses métodos nas áreas de astronomia e em metodologias emergentes baseadas em Machine Learning (ML) e algoritmos evolutivos. Ao explorar essas aplicações, da astronomia à inteligência artificial, buscamos evidenciar o caráter transversal dessa teoria sexagenária, que continua sendo uma ferramenta indispensável para o estudo das propriedades da matéria e para o avanço da inovação tecnológica.
White dwarfs are highly compact stellar remnants resulting from the evolutionary process of stars with masses up to ten times that of our Sun. Their core is composed predominantly of electronically degenerate matter. In an ordinary star, there is a balance between the intrinsic gravitational attraction and the internal pressure generated by the heat and nuclear radiation from its core. In a white dwarf, collapse is prevented by the electron degeneracy pressure, a quantum effect that arises from the statistical properties of fermions through the Pauli exclusion principle. In this article, we present a simple theoretical model for the structure of white dwarfs and discuss some of its applications in astrophysics.
A física moderna revela que o vácuo quântico, longe de ser um espaço absolutamente vazio, apresenta propriedades peculiares quando analisado em um espaço-tempo curvo, como na vizinhança de buracos negros. A interação entre campos quânticos e a geometria do espaço-tempo é formalmente descrita pela Teoria Quântica de Campos em Espaços Curvos, que considera os efeitos gravitacionais como manifestações clássicas da curvatura do espaço-tempo, conforme estabelecido pela Relatividade Geral. A radiação Hawking, por exemplo, descreve como flutuações quânticas próximas a um buraco negro resultam em uma emissão térmica para o espaço exterior, causando sua evaporação. Já o efeito Unruh prevê que um observador acelerado percebe um banho de radiação em uma região na qual um observador em repouso veria apenas o vácuo de partículas. Todavia, esses fenômenos são difíceis de detectar diretamente, devido às escalas extremas envolvidas, que resultam em emissões térmicas com temperaturas extremamente pequenas. Para contornar isso, cientistas desenvolveram modelos análogos de gravitação. Esses modelos análogos de gravitação são sistemas (por exemplo, fluidos em movimento e gases ultrafrios) que imitam, em laboratório, condições equivalentes a espaços-tempos curvos.Experimentos que usam esses modelos tornam possível estudar como a estrutura do espaço-tempo influencia o comportamento quântico do vácuo, aproximando teoria e observação e ampliando o entendimento sobre as fronteiras entre a gravitação e a mecânica quântica.
This article discusses methods for measuring distances in Astronomy, with an emphasis on the use of pulsating Cepheid stars. Their astrophysical properties are evaluated, their variations distinguished, and the appropriate period-luminosity relationship is applied to determine the distance to the irregular galaxy Large Magellanic Cloud. Based on Type II Cepheid data extracted from the OGLE III catalog and modeled in Google Colab, a distance histogram was generated, showing that the most probable distance is 46,03 ± 0,03 kpc, and the most frequent range between 49 and 50 kpc, results that are consistent with recent studies. It is worth highlighting that this study is the result of a Junior Scientific Initiation scholarship from the PICTI program of Ifes, funded by CNPq, and which the result presented at the Mostra de Astronomia do Espírito Santo (MAES) 2024 by a student from Ifes Campus Guarapari.
