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Julho 2012Escola do CBPF Formação e estrutura de objetos estelares compactos Sergio B. Duarte CBPF.

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2 Julho 2012Escola do CBPF Formação e estrutura de objetos estelares compactos Sergio B. Duarte CBPF

3 Julho 2012Escola de Verao - CBPF Conteúdo do Curso Formação de objetos compactos na evolução estelar – o papel da nucleossíntese no ciclo evolutivo.Formação de objetos compactos na evolução estelar – o papel da nucleossíntese no ciclo evolutivo. Explosões de supernovas, mecanismos de explosão, geração de fluxo de neutrinos, nucleossíntese explosiva e o papel dos neutrinos para a explosão e nucleossíntese em supernovas.Explosões de supernovas, mecanismos de explosão, geração de fluxo de neutrinos, nucleossíntese explosiva e o papel dos neutrinos para a explosão e nucleossíntese em supernovas. A matéria densa e superdensa destes objetos e os neutrinos aprisionados nos primeiros momentos de formação. Estrutura e estabilidade de estrelas supercompactas e o papel da Relatividade GeralA matéria densa e superdensa destes objetos e os neutrinos aprisionados nos primeiros momentos de formação. Estrutura e estabilidade de estrelas supercompactas e o papel da Relatividade Geral Novos problemas observacionais e teóricos na área e suas conexões com as questões não respondidas sobre o plasma de quark e glúons, colocadas no contexto astrofísico Novos problemas observacionais e teóricos na área e suas conexões com as questões não respondidas sobre o plasma de quark e glúons, colocadas no contexto astrofísico

4 Julho 2012Escola de Verao - CBPF Objeto mais compacto: O Universo primordial Transição de fase 1-ordem: quarks livres em equilibrio termodinâmico passam a quarks confinados em hádrons 3. Transição adiabática : as bolhas se formam na co-existencias das fases hadrônica e de quarks. Bolhas de quarks no Universo Primordial

5 Julho 2004Escola de Verao - CBPF Visão Atual do Universe Pequena História Superstrings, Quantum Gravituy Modelo Padrão QCD Desacoplamento de fotons Formação de Estrutura em grande escala

6 Julho 2012Escola de Verao - CBPF

7 metros As Partículas fundamentais (Modelo Padrão) QuarksUp(carga=+2/3)CharmCarga(+2/3) Top Carga(+2/3) Bosons Mediadores da Força Photon Down (carga=-1/3) Strange(carga=-1/3) Bottom (carga=-1/3) Gluons Leptonselectron(carga=-1)Muon(carga=-1)Tau(carga=-1) W+, W- Neutrino eletronico neutrinoMuonicoNeutrinotauonicoZ I (leves) IIIII(pesados)Higgson(?)

8 Julho 2012Escola do CBPF Programa mundial de colisões Ultrarelativisticas < 1 QGP (fm/c) (GeV/fm 3 ) s 1/2 (GeV) LHCRHICSPS Colisões Centrais

9 Julho 2004Escola de Verao - CBPF

10 Julho 2012Escola do CBPF Primeiras estrelas estão nascendo...

11 Julho 2012Escola do CBPF Pequenas fluctuações desenvolveu para clusters de galaxias

12 Julho 2012Escola do CBPF Expansion of the Universe t

13 Julho 2012Escola do CBPF Edwin Hubble ( ) Hubble trabalhando com100 telescope em Mt. Wilson, CA. Lei de Hubble Estimado pelo efeito Doppler

14 Julho 2012Escola do CBPF

15 Julho 2012Escola do CBPF Prof. Alaor Chaves

16 Julho 2012Escola de Verao - CBPF n Supernova TypeI-a: vela padrão n Na sua expansão o Universo esta acelerando... n Pressão negativa !! (dark energy) ? n Cosmological Constant do Einstein n Scalor field, Quintensence.. Surpresa Recente

17 Julho 2012Escola do CBPF Dados obtidos pelo Supernova Cosmology Project. A grandes distâncias a lei de Hubble é não linear, o que era esperado. Mas em vez de desaceleração, temos aceleração da expansão!

18 Julho 2004Escola de Verao - CBPF A cor e o brilho das estrelas

19 Julho 2012Escola do CBPF Radiação de Corpo Negro Planck

20 Julho 2012Escola do CBPF

21 Julho 2012Escola do CBPF

22 Classificação de estrelas

23 Julho 2012Escola do CBPF Diagrama de Hertzsprung-Russel Ejnar Hertzsprung (8.X X.1967). Henry Norris Russell (25.X II.1957).

24 Julho 2012Escola do CBPF NASCIMENTO DE ESTRELAS Colar de Estrelas em Forma ç ão Contornando o N ú cleo de uma Gal á xia - Foto do Telesc ó pio Hubble

25 Julho 2012Escola do CBPF Da Matéria Interstelar a Estrela Frio, escuro e densa nuven interstelar Grande parsecs da extensão (10 14 – km) Basicamente gas atomico e molecular Instabildade gravitational no gas – causada por um gatilho externo, o nuvem colapsa.

26 Julho 2012Escola do CBPF

27 Julho 2012Escola do CBPF Termodinâmica

28 Julho 2012Escola do CBPF Gas Ideal índice adiabatica índice adiabatica

29 Julho 2012Escola do CBPF Pressão Gravitacional para a massa M, raio R Esfera Homogenea com massa M: M

30 Julho 2012Escola do CBPF M P P grav ( =const) P gas ( =const) M Jeans

31 Julho 2012Escola do CBPF

32 Julho 2012Escola do CBPF A massa limite de Jeans

33 Julho 2012Escola do CBPF Energia gravitacional transformada em calor no colapso adiabático, aumentando a temperatura do gás Teorema virial E grav / 2 = E int-gas

34 Julho 2012Escola do CBPF Formação de Estrelas no meio interstelar ~ pc Meio Interstelar Caroço denso galaxia ~10 pc ~1/10 pc Objetos Estrelares jovens e fluxo estrelas

35 Julho 2012Escola do CBPF Caminho para a sequencia principal

36 Julho 2012Escola do CBPF Caminhos para a sequencia principal

37 A diversidade de nuclídios Qual a origem ???

38 Julho 2012Escola do CBPF Evolução Stelar e Nucleossíntese Processos explosivos e a formação de elementos pesados

39 Julho 2012Escola do CBPF A B Cinza do A+B

40 Julho 2012Escola do CBPF EBEBEBEB E ( Cinza A+B) EAEAEAEA Energia disponível E=E A + E B –E Cinza E=E A + E B –E Cinza

41 Julho 2012Escola do CBPF Relação de Einstein E=Mc 2 E=(Massa Inicial – Massa Final)c 2 E=(Massa Inicial – Massa Final)c 2

42 Julho 2012Escola do CBPF Se Q>0, Reações exotermicas Valor Q A + B C + D

43 Julho 2012Escola do CBPF Teoria de reações seus mecanismos e modelos o papel dos modelos nucleares

44 Julho 2012Escola do CBPF Seção de choque Taxa de reação

45 Julho 2012Escola do- CBPF A cadeia pp I

46 Julho 2012Escola do CBPF ³He + 4 He 7 Be + γ 7 Be + e 7 Li + ν e 7 Li + ¹H 4 He + 4 He A cadeia pp II ³He + 4 He 7 Be + γ 7 Be + ¹H 8 B + γ 8B8B 8 Be + e + + ν e 8 Be 4 He + 4 He A cadeia pp III

47 Julho 2012Escola do CBPF 12 C + ¹H 13 N + γγ+1,95 MeVMeV 13 N 13 C + e + + ν eeν e +1,37 MeV 13 C + ¹H 14 N + γ+7,54 MeV 14 N + ¹H 15 O + γ+7,35 MeV 15 O 15 N + e + + ν e +1,86 MeV 15 N + ¹H 12 C + 4 He+4,96 MeV As reações principais do ciclo CNO

48 Julho 2012Escola do CBPF O problema dos neutrinos solares

49 Julho 2012Escola do CBPF Rev. Bras. Ensino Fís. v.27 n.4 São Paulo out./dez. 2005

50 Julho 2012Escola do CBPF

51 Julho 2012Escola do CBPF

52 Julho 2012Escola do CBPF

53 QUEIMA DO HÉLIO

54 Julho 2012Escola do CBPF Processo-e e formação do grupo do Ferro

55 Julho 2012Escola do CBPF Estrelas massivas no final de seu ciclo evolutivo

56 Colapso do Núcleo de Ferro 1.4 Mo Diâmetro:1000 km Temperatura: 6 x 10 9 K Densidade: 6 x 10 9 g/cm 3

57 Colapso Do Núcleo De Ferro Grande produção de raios-gama (gama Burst) e de neutrinos Grande produção de raios-gama (gama Burst) e de neutrinos F e 56 = 13 He 4 + 4n p + e = n +

58 Processo Urca Os neutrinos formados transportam a energia rapidamente para fora das camadas da estrela. (Gamov e Schönberg ) Os neutrinos formados transportam a energia rapidamente para fora das camadas da estrela. (Gamov e Schönberg ) (Z,A) + e => (Z-1,A) + e (Z,A) + e => (Z-1,A) + e (Z-1,A) => (Z,A) + e + e (Z-1,A) => (Z,A) + e + e Gamov comparou essa perda rápida ao dinheiro perdido rapidamente no cassino da Urca no Rio de Janeiro. Gamov comparou essa perda rápida ao dinheiro perdido rapidamente no cassino da Urca no Rio de Janeiro.

59 Julho 2012Escola do CBPF

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74 O pulsar remanescente

75 Julho 2012Escola do CBPF Before After SN1987-a

76 Julho 2012Escola do CBPF Supernova 1998S in NGC 3877

77 Julho 2012Escola do CBPF Nebulosa de Caranguejo e seu Pulsar

78 Julho 2012Escola do CBPF Rampp & Janka, ApJ 539 (2000) L33 Hidrodinamica em 1- D Mezzacappa et al., PRL 86 (2001) 1935 Simulação esfericamente simetrica, Newtoniana and com tratamento da Relatividade Geral, com os mais avançadas abordagens transporte de neutrinos, a explosão falhou !!!

79 Julho 2012Escola do CBPF Principais ingredientes para calculos de Supernova Type II Equação de estado Calculo Hidrodinâmico incluindo o bounce do caroço e efeitos da onda de choque Problemas: A onda de choque amortece devido a perda de energia por fotodissociação de nucleos Transport de neutrinos

80 Julho 2012Escola do CBPF 1600 km Proto Neutron Star Shock Wave at 1400 km 2-D Simulation : Convection

81 Julho 2012Escola do CBPF Uma hidrodinâmica esquemática

82 Julho 2012Escola de Verao - CBPF Campo vel. Camada 1 Campo vel. Camada 2 Conteúdo cinético e campo de velocidade nas CAMADAS HOMOGENIAS

83 Julho 2012Escola do CBPF Energia cinética total

84 Julho 2012Escola do CBPF Energia Gravitacional Energia Interna do meio estelar

85 Julho 2012Escola do CBPF A EQUAÇÃO DE MOVIMENTO

86 Julho 2012Escola do CBPF Força dep. Velocidades Força gravitacional Força de Pressão

87 Julho 2012Escola do CBPF Resolvendo.... EXPLODE !!! Dependendo da massa, e também da Eq.Equação de Estado... Pode NÃO EXPLODIR

88 Julho 2012Escola do CBPF

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91 Julho 2012Escola do CBPF

92 Julho 2012Escola do CBPF Nucleossíntese explosiva A questão da nucleossíntese explosiva em Supernova

93 Processos De Captura De Nêutrons Processo S: Responsável pela formação de núcleos estáveis com massa até 210. Processo S: Responsável pela formação de núcleos estáveis com massa até 210. Processo R: Responsável pelo aumento de mais isótopos ricos de nêutrons. Processo R: Responsável pelo aumento de mais isótopos ricos de nêutrons.

94 Julho 2012Escola do CBPF Papel das Supernovas para Formação de Elementos Pesado – O Processo-r

95 Julho 2012Escola do CBPF Percursos do Processo-r

96 Os núcleos com números mágicos ( N=50, 82, 126) são particularmente abundante (Z,N) + n (Z, N+1) (Z,N+1) + n (Z, N+2). Julho 2012Escola do CBPF Porém este processo não vai continuar indefinidamente. Quando um núcleo ficar muito rico em nêutrons começa a reemiti-los, através da foto-emissão de nêutrons: (Z,N) + (Z, N-1) + n (Z, N-1) + n ( Z,N) + (Z, N) + n (Z,N+1) + (Z, N+1) + n (Z,N+2) + Pode se estabelecer uma cadeia de isótopos em equilíbrio entre os dois processos de captura e foto-emissão

97 Julho 2012Escola do CBPF Equações de síntese no processo-r Em equílibrio γn nγ O freeze out do processo-r

98 Julho 2012Escola do CBPF Abundancias geradas no Freeze out e processos que acompanham o decaimento-beta -Fissão -Emissão de neutrons retardados

99 Julho 2012Escola do CBPF Dinâmica do processo-r com ventos de neutrinos Absorção ν + (Z,A) - Dificuldades no tratamento individual : mais de 2000 núcleos envolvidos – inviável o calculo de estrutura via teorias microscópicas - RPA

100 Julho 2012Escola do CBPF Testando o calculo para o decaimento-β

101 Julho 2012Escola do CBPF Testando o calculo com GT para a captura eletrônica

102 Julho 2012Escola do CBPF Previsões para absorção de neutrinos

103 Julho 2012Escola do CBPF E. M. Burbidge, G. R. Burbidge, W. A. Fowler, F. Hoyle, Synthesis of the Elements in Stars, Rev. Mod. Phys. 29 (1957) 547 D. D. Clayton, Stellar evolution and Nucleosynthesis", McGraw-Hill, 1968; Universidad de Chicago, 1983.

104 Julho 2012Escola do CBPF Comparando tamanhos TerraAnã Branca Estrela de neutron

105 Julho 2012Escola do CBPF Anãs Explosivas: Reações Pycnonucleares

106 Julho 2012Escola do CBPF

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109 Julho 2012Escola do CBPF S. Chandrasekhar ( ) Limite de Chandrasekhar n Maxima mass de anãs 1.4 massa solar 1.4 massa solar n Acima disso, mesmo a pressão de eletrons degenerados não consegue balancear a ação gravitacional

110 Julho 2012Escola do CBPF Gravitational Pressure for a star of mass M Homogeneous sphere of mass M: M

111 Julho 2012Escola do CBPF

112 Pressão Gas de eletrons não relativistico degenerado Gas de eletrons relativistico degenerado Força Nuclear P grav (M < ) Equilibrium (anã branca) P grav (M > ) Estrela de Neutron

113 Julho 2012Escola do - CBPF Gravitacional Implosion Supernovas M Quark stars ? Nuclear Equation of State

114 Julho 2012Escola do CBPF F. Weber Varios modelos de Interior daNeutron Stars Strange Stars? Strange/Quark stars

115 Julho 2012Escola do CBPF Programa mundial de colisões Ultrarelativisticas < 1 QGP (fm/c) (GeV/fm 3 ) s 1/2 (GeV) LHCRHICSPS Colisões Centrais

116 Julho 2012Escola do CBPF A Transição de fase hadron-quark A Transição de fase hadron-quark The canonical diagram to hadronic and quark matter states

117 Julho 2012Escola do CBPF Cálculos de QCD na rede indicam a ocorrência da transição

118 Julho 2012Escola do CBPF Indícios de possível formação matéria quark estranha em aceleradores

119 Julho 2012Escola do CBPF

120 Diferentes regimes da matéria em Estrelas Neutron Fase Hadrônica Bários + mesons + elétrons + múons Fase subnuclear Gás de Núcleos + gás de elétrons Cristal Nuclear + gás de elétrons Cristal nuclear + gás de nêutrons + gás de elétrons Fase Quark-Gluon-Plasma (QGP)

121 Fase subnuclear cristalina + eletrons g/cm 3 ρ g/cm 3 3 Equação de Baym, Pethick and Sutherland(BBS) Astrophys. J. (1971)

122 Fase subnuclear cristalina com neutrons livres g/cm 3 ρ 10 8 g/cm 3 Equação de Baym, Bethe and Pethick (BBP)

123 Julho 2012Escola do CBPF Quantum Hadrodinamica – Walecka (1974) + leptons presentes no meio (eletrons, muons) + setor mesonico (σ ; ω ; ρ ; π ; κ...) Fase Hadronica ρ > ρ 0

124 Incluir todo o octeto bariônico with spin 1/2Incluir todo o octeto bariônico with spin 1/2 Fase Hadronica

125 Julho 2012Escola do CBPF Incluir o setor leptônico compatível com osIncluir o setor leptônico compatível com os processos de interação fraca envolvendo barios processos de interação fraca envolvendo barios Incluir neutralidade de carga elétrica eIncluir neutralidade de carga elétrica e e equílibrio beta como vínculos para os e equílibrio beta como vínculos para os potenciais químicos barionicos e leptonicos potenciais químicos barionicos e leptonicos Neutralidade de carga eletrica

126 Eq. de movimento dos Campos – Walecka Aproximação de campo médio relativístico -Equação Dirac p/Barions acoplada as equações p/mesons -Equações de Dirac p/leptons livres

127 Julho 2012Escola do CBPF Densidade escalar barionica e a massa efetiva dos barions Densidade leptonica

128 Julho 2012Escola do CBPF Equação de estado da fase hadronica na aproximaçã de campo medio mesonico

129 Núcleos + e Núcleos + n + e Hadrons/leptons QGP Uma equação de estado abrangente

130 Julho 2012Escola do CBPF Imagem da trasição Hadron-plamas

131 Julho 2012Escola do CBPF Quarks na composição de hadrons no modelo padrão

132 Julho 2012Escola do CBPF Fase de plasma de QCD O Modelo de Sacola do MIT (1974) Modelos tipo Nambu Jona-Lasinio (NJL) O Modelo de Massa Efetiva Dinâmica (MMEF) : modelo intermediário entre os modelos Bag MIT e NJL. Permite descrição do confinamento dos quarks e o regime de liberdade assintótica. ρ > ~3ρ 0

133 Julho 2012Escola do CBPF Modelo de Bag do MIT

134 Julho 2012Escola do CBPFComposição

135 Julho 2012Escola do CBPF

136 Julho 2012Escola do CBPF Diagramas Massa x Raio

137 SQM

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139 Julho 2012Escola do CBPF Mass-Radius diagram of the model with Exo results

140 Crust details Quark-star structure and crust depth

141 Julho 2012Escola do CBPF Outros tópicos relacionados Gamma Ray Bursters Ultra High Energy Cosmic Ray Problem Gravitational Wave Detection

142 Julho 2012Escola do CBPF


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