Propostas para Temas para a disciplina de Projeto em Astronomia e Astro3ísica Centro de Astronomia e Astro3ísica da Universidade de Lisboa

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1 Propostas para Temas para a disciplina de Projeto em e Astro3ísica Centro de e Astro3ísica da Universidade de Lisboa Projeto Nº 1 Missão Gaia Radial Velocimetry Spectroscope (RVS) - variação da qualidade óptica no campo subtenso por CCD s individuais Instrumentação em José Manuel Rebordão Local de Desenvolvimento do Projeto: Campus do Lumiar e Campus do Campo Grande Na fase preparatória que antecede o lançamento (2012 ou 2013) e estando os algoritmos de processamento em fase de desenvolvimento, existem razões para esperar que a qualidade óptica varie signisicativamente para estrelas no campo angular subtenso por CCD s individuais. Da qualidade óptica - medida através da Wavefront Error ou da Point Spread Function que dela decorre decorre a resolução espectral, logo a incerteza na determinação das velocidades radiais. É todavia possível, recorrendo ao modelo óptico do telescópio Gaia (disponível) e aos vários modelos paramétricos já existentes da WFE em função do comprimento de onda e da posição angular) realizar uma análise muito mais Sina e deste modo melhorar a estimativa dos observáveis Gaia. Sumário das atividades a desenvolver: 1 Compreensão do modelo óptico dos telescópios e instrumentos Gaia, incluindo o modelo Zemax e os modelos Matlab já existentes. 2 Avaliação do erro dos modelos analíticos relativos às WaveFront Error maps do instrumento RVS 3 Desenvolvimento de métricas para avaliação da variabilidade intra- CCD 4 Implementação de modelos e algoritmos 5 Elaboração do relatório 1

2 Projeto Nº 2 Determinação dos parâmetros cosmológicos Cosmologia Observacional Ismael Tereno CAAUL (OAL, Tapada da Ajuda) Estimar os valores dos parâmetros que caracterizam o modelo standard do Universo utilizando dados actuais de diversas sondas cosmológicas Sumário das atividades a desenvolver: O aluno irá estudar processos Sísicos relevantes para o efeito de lentes gravitacionais, para a formação da radiação cósmica de fundo, e para a determinação de distâncias cosmológicas, incluindo aspectos teóricos e observacionais. Aprenderá também como estes processos são determinados por um conjunto de parâmetros tais como as densidades de matéria escura e energia escura, utilizando para ilustração o software icosmo. Numa segunda fase, terá oportunidade de utilizar dados observacionais numa análise estatística de Monte Carlo (MCMC) combinando dados de diversos processos Sísicos de modo a determinar propriedades da matéria escura e energia escura. Finalmente poderá escrever um pequeno programa para aplicar o método da matriz de Fisher para estimar com que incerteza experiências futuras de alta precisão irão medir esses mesmos parâmetros. 2

3 Projeto Nº 3 A historia de formação estelar da galáxia anã do Grupo Local Pegasus Marco Grossi CAAUL (OAL, Tapada da Ajuda) Objetivos do Projeto e Sumário das atividades a desenvolver: As galáxias anãs (M <= 10^9 M_sun) são em principio sistemas mais simples do que galáxias massivas espirais ou elípticas, contudo estudos detalhados das suas populações estelares mostram uma complexa história de formação estelar e de evolução química. Pegasus é uma das anãs irregulares menos luminosa do Grupo Local. A uma distância de 760 kpc a anã pertence ao subgrupo de galáxias ligadas a Andromeda. A sua baixa luminosidade (M_B = mag), a baixa taxa de formação estelar (3x10^- 5 M_sun/yr), e o baixo conteúdo de gás (M= 6x10^6 M_sun) sugerem que Pegasus esteja numa fase de transição evolutiva, de galáxia irregular a galáxia esferoidal. Neste Projeto serão utilizados dados ópticos na banda V e I do telescópio Subaru para analisar as populações estelares de Pegasus. Diagramas cor- magnitude (V- I, I) serão obtidos para determinar a idade e metalicidade das estrelas nas galáxia, com o Sim de traçar a sua história de formação estelar e estudar o processo de evolução morfológica das galáxias anãs. 3

4 Projeto Nº 4 Gradientes radiais de cor em galáxias massivas sem bojo e com formação estelar a redshifts intermédios. Marco Grossi CAAUL (OAL, Tapada da Ajuda) Objetivos do Projeto e Sumário das atividades a desenvolver: Galáxias sem bojo e massivas (M > 5 10^10 M ) são raras no Universo Local e colocam um desasio para os modelos atuais de formação de galáxias, já que não é claro como pode uma galáxia atingir massas tão elevadas sem formar um bojo. O objetivo deste projeto é analisar imagens eobtidas com o Telescópio Espacial Hubble em várias bandas de uma amostra (~20) de galáxias massivas sem bojo a redshifts intermédios (0.4 < z < 1) para melhor compreender o percurso evolucionário destes sistemas e determinar porque são tão raros localmente..o estudo será baseado na análise do brilho supersicial das galáxias para: a) consirmar a não existência de um bojo, consirmando que estas são galáxias massivas sem bojo; b) analisar o brilho supersicial em diferentes bandas (V, I, H) procurando por um gradiente radial em cor e determinar se a formação estelar observada está concentrada no centro da galáxia ou no disco; c) procurar a presença de uma barra que poderá estar ligada ao aumento de formação estelar nas regiões centrais das galáxias. 4

5 Projeto Nº 5 Projeto óptico de um telescópio análise de sensibilidade e tolerâncias Instrumentação em Alexandre Cabral João Coelho Campus do Lumiar (ex- INETI) Análise de sensibilidade de um telescópio face às tolerâncias de posicionamento dos seus componentes Sumário das atividades a desenvolver: O aparecimento de novas tecnologias tem aberto caminho ao desenvolvimento de novos telescópios ópticos, os quais têm permitido novas explorações do espaço. Na Terra ou no espaço, operando sós ou em conjunto, a capacidade de colectar e analisar a luz proveniente das estrelas tem relação directa com o Projeto óptico associado ao Projeto do telescópio. No entanto, este factor não se limita ao desenho das diferentes componentes. De facto, não só a qualidade óptica das supersícies é importante, mas também o posicionamento relativo dos diversos componentes pode insluenciar a performance do telescópio. Uma análise de sensibilidade torna- se então fundamental para desinir as tolerâncias no posicionamento dos diferentes componentes. Este é o principal Objetivo deste trabalho, que será aplicado a um dos telescópios actualmente em operação no ESO. 5

6 Projeto Nº 6 Simulação numérica da resposta optoelectrónica de sensores CCD em astronomia Instrumentação Óptica Manuel Abreu Alexandre Cabral Campus do Lumiar (ex- INETI) Modelação da resposta de sensores CCD para astronomia Sumário das atividades a desenvolver: Desenvolvimento de modelos simples para simulação da resposta de sensores CCD utilizados em astronomia, com o Objetivo de avaliar a suas características ópticas e optoelectrónicas, em termos de sensibilidade, resposta espectral, ruído, condicionantes ambientais e operacionais. Este tipo de modelos podem servir de suporte ao estudo de especisicações e de requisitos para sensores CCD utilizados para diversos Objetivos cientísicos no âmbito da astronomia. 6

7 Projeto Nº 7 Propriedades de populações de galáxias utilizando métodos de stacking a rádio- frequências José Afonso OAL, Tapada da Ajuda Estimativa de propriedades rádio de galáxias rádio- invisíveis Sumário das atividades do Projeto: As galáxias são reveladas a diferentes comprimentos de onda, dependendo dos processos Sísicos que nelas têm lugar. O óptico, por exemplo, é produzido pela emissão conjunta das estrelas de uma galáxia, mas os raios- X revelam usualmente fenómenos muito mais energéticos, produzidos, frequentemente, pela acrecção de matéria em torno de um buraco negro supermassivo. As rádio frequências, por seu lado, são dominadas por radiação de sincrotrão, e são particularmente interessantes pela sua insensibilidade à existência de poeira, que afecta o estudo das galáxias em outros comprimentos de onda. Este Projeto visa utilizar a informação em mapas de rádio frequências de certas regiões do céu para estimar, estatisticamente, através de métodos de stacking, as propriedades médias de certas populações de galáxias usualmente não detectadas directamente (exemplo: Messias et al, 2010, ApJ, 719, 790). Este Projeto enquadra- se na participação do CAAUL no Evolutionary Map of the Universe, um levantamento rádio ultra- sensível de 75% do céu, em fase de planisicação, que será realizado pelo Australian Square Kilometre Array PathSinder (ASKAP) a partir de

8 Projeto Nº 8 Construção de um rádio- interferómetro virtual: optimizando a sensibilidade e Sidelidade de um rádio interferómetro José Afonso OAL, Tapada da Ajuda Desenho de um rádio- interferómetro virtual, com a exploração de diferentes consigurações e a optimização para a detecção de diferentes estruturas celestes. Sumário das atividades do Projeto: A rádio astronomia encontra- se numa fase de rápido desenvolvimento, com a construção de rádio- interferómetros que aumentam consideravelmente as capacidades dos instrumentos actuais. Este esforço deverá culminar com a construção do Square Kilometre Array no Sinal da presente década e no início da próxima. Central ao desenho de rádio- interferómetros é a consideração da área colectora, afectando directamente a sensibilidade do instrumento, e a disposição da mesma, que afecta a Sidelidade das observações. Pretende- se com este Projeto explorar estas duas vertentes através da construção de um rádio- interferómetro virtual. Através deste Projeto, pretende- se que o aluno compreenda os princípios da rádio- astronomia, implemente a formalização matemática dos mesmos, e explore o efeito de diferentes consigurações de um rádio telescópio na observação de estruturas no Universo, procurando maximizar a qualidade da observação astronómica. Será necessário uma compreensão teórica de transformadas de Fourier e métodos da sua implementação computacional, que o aluno deverá adquirir na fase inicial do Projeto. Este Projeto enquadra- se na participação do CAAUL no Evolutionary Map of the Universe, um levantamento rádio ultra- sensível de 75% do céu, em fase de planisicação, que será realizado pelo Australian Square Kilometre Array PathSinder (ASKAP) a partir de

9 Projeto Nº 9 Estudo do efeito de lente gravitacional na radiação cósmica de fundo - I Carla SoSia Carvalho OAL, Tapada da Ajuda Desenvolver o estimador do efeito de lente gravitacional para as anisotropias da temperatura no céu completo. Sumário das atividades do Projeto: A radiação cósmica de fundo de micro- ondas é a radiação mais antiga do Universo que nos chega desde a altura em que a radiação se desacoplou da matéria e pôde propagar- se quase imperturbada até nós. Esta radiação é uma fonte única de informação sobre a Sísica do Universo primordial, assim como sobre a sua posterior evolução, que deram origem ao Universo que hoje observamos. Ao atravessar a distribuição da matéria em larga escala, esta radiação sofre uma distorção devido ao efeito de lente gravitacional da matéria sobre a radiação. Esta distorção reslete- se quer na distribuição das anisotropias da temperatura quer no sinal de polarização da radiação. O estudo desta distorção permite extrair informação sobre as perturbações cosmológicas primordiais, e por conseguinte sobre a existência de ondas gravitacionais. Esta distorção é medida a partir de mapas da radiação cósmica de fundo usando estimadores que capturam as propriedades estatísticas desta distorção. Neste projeto, o objetivo é desenvolver o estimador do efeito de lente gravitacional para as anisotropias da temperatura no céu completo, de modo a poder ser aplicado directamente em mapas produzidos por sondas espaciais como o PLANCK. 9

10 Projeto Nº 10 Estudo do efeito de lente gravitacional na radiação cósmica de fundo - II Carla SoSia Carvalho OAL, Tapada da Ajuda Desenvolver o estimador do efeito de lente gravitacional para o sinal de polarização Sumário das atividades do Projeto: A radiação cósmica de fundo de micro- ondas é a radiação mais antiga do Universo que nos chega desde a altura em que a radiação se desacoplou da matéria e pôde propagar- se quase imperturbada até nós. Esta radiação é uma fonte única de informação sobre a Sísica do Universo primordial, assim como sobre a sua posterior evolução, que deram origem ao Universo que hoje observamos. Ao atravessar a distribuição da matéria em larga escala, esta radiação sofre uma distorção devido ao efeito de lente gravitacional da matéria sobre a radiação. Esta distorção reslete- se quer na distribuição das anisotropias da temperatura quer no sinal de polarização da radiação. O estudo desta distorção permite extrair informação sobre as perturbações cosmológicas primordiais, e por conseguinte sobre a existência de ondas gravitacionais. Esta distorção é medida a partir de mapas da radiação cósmica de fundo usando estimadores que capturam as propriedades estatísticas desta distorção. Neste projeto, o objetivo é desenvolver o estimador do efeito de lente gravitacional para o sinal de polarização, de modo a poder ser aplicado em mapas contendo a informação da polarização como os produzidos pela sonda espacial PLANCK e por telescópios actualmente em desenvolvimento como o SPTpol e o ACTpol. 10