As áreas de cosmologia e astropartículas gozaram nas últimas décadas de enormes avanços.
Medidas como as das anisotropias da Radiação Cósmica de Fundo (RCF), proveniente de apenas 380000 anos após o Big-Bang, renderam o Prêmio Nobel de 2006 pois cementaram o modelo do Big Bang e a existência de uma componente de matéria ubíqua que não espalha ou emite fótons. Essa componente, denominada metéria escura fria, é em termos de massa 5 vezes mais presente do que a matéria convencional. A natureza dessa componente de pressão nula, que interage gravitacionalmente de forma atrativa e é a responsável pela formação das estruturas em grandes escalas, permanece um mistério.
Observações de supernovas do tipo Ia por sua vez foram agraciadas com o Nobel de 2011 pois, em conjunto com as medidas da RCF (e posteriormente com a da distribuição espacial das galáxias em grandes escalas) levaram à descoberta de que a expansão do universo se encontra em uma fase acelerada. A origem física de tal aceleração, sob o nome guarda-chuva de “energia escura”, é tema de intenso estudo atual e possibilidades incluem: um campo uniformemente distribuído com pressão negativa e gravitacionalmente repulsivo; teorias de gravitação modificada; dimensões extras no espaço-tempo; alguma outra física ainda não proposta.
No campo das astropartículas, experimentos como o AUGER determinaram pela primeira vez com precisão a distribuição e composição dos raios cósmicos, as partículas mais energéticas do universo. Os raios cósmicos são compostos em sua maioria por núcleos de átomos (em sua maioria, núcleos de hidrogênio, que são prótons simples) que foram acelerados for a do sistema solar a velocidades extremamente relativísticas.
Pesquisadores do IF-UFRJ trabalham em todas as áreas descritas acima e têm se dedicado a responder essas questões fundamentais. O grupo ARCOS (Astrofísica Relatividade e COSmologia) atua tanto em pesquisas teóricas como observacionais e participam de diversas colaborações nacionais e internacionais, dentre as quais destacamos o J-PAS e o INCT-A. Algumas linhas de pesquisa do grupo são: modelos teóricos para a aceleração cósmica no âmbito da relatividade geral, bem como em teorias modificadas da gravitação; física e fenomenologia de supernovas do tipo Ia: curvas de luz, espectros, simulações, programas de “padronização”; técnicas estatísticas para vinculação de modelos cosmológicos a partir de dados reais ou simulados; previsão da capacidade de futuros levantamentos astronômicos; métodos observacionais incluindo oscilações acústicas de bárions, radiação cósmica de fundo, lentes gravitacionais e velocidades peculiares, além da proposição de novos observáveis; fundamentos teóricos da cosmologia observacional.
O grupo Interações em Condições Extremas (ICE) também atua na área de astrofísica, em particular: no estudo de estrelas compactas, explosões de supernovas, mecanismos de produção e aceleração de raios cósmicos ultra-energéticos, propagação de partículas carregadas no meio interestelar e intergalático, influência de campos magnéticos (galáticos e extra-galáticos) na propagação de raios cósmicos.
No experimento AUGER, a origem de raios cósmicos ultra energéticos é investigada, visando compreender a dinâmica da aceleração extrema dessas partículas. Nos experimentos CONNIE e DAMIC, detectores de partículas similares aos sensores de câmeras fotográficas digitais são usados para a detecção de neutrinos de baixa energia e possível detecção direta de matéria escura.
Pesquisadores Envolvidos:
Carla Bonifazi, Eduardo Fraga, Ioav Waga, João Torres de Mello Neto, Marcelo Byrro Ribeiro, Maurício Calvão, Miguel Quartin, Ribamar R. R. Reis, Sergio Joras, Takeshi Kodama
