All posts by rodrigo

Professor of Astrophysics, Universidade de Sao Paulo

Matérias sugeridas na graduação da USP para futuros astrofísicos

Frequentemente me perguntam quais as matérias na graduação da USP eu sugeriria para estudantes de física e de outros cursos que desejam ter uma base sólida em astrofísica.

Bem, eu primeiro lugar eu recomendo fazer o curso de graduação em astronomia que oferecemos no IAG USP. Neste curso, os estudantes recebem uma formação sólida para entender os processos físicos por trás do universo, assim como aprendem as ferramentas computacionais necessárias para se fazer descobertas.

Caso você esteja cursando física, ainda assim é possível ter uma formação sólida que forneça uma compreensão de astrofísica mais profunda. Eis a lista de matérias que considero importantes. A minha ênfase é numa sólida formação nos processos físicos por trás do cosmos, e em matemática—que é a linguagem do universo:

  1. Mecânica II
  2. Relatividade geral e aplicações astrofísicas
  3. Introdução à cosmologia
  4. Métodos computacionais em astronomia
  5. Mecânica dos fluidos
  6. Introdução à física de plasmas e fusão nuclear
  7. Eletromagnetismo II
  8. Física matemática II
  9. Introdução à física de partículas elementares

Pode ser difícil encaixar todas estas disciplinas no tempo disponível no curso, por isto tentei ordena-las de acordo com a sua “relevância astrofísica”. Para mais informações sobre estas matérias, consulte o Júpiter Web.

Não concorda? Tem sugestões de outras disciplinas? Deixe a opinião nos comentários.

Palestra: A nova era de ouro dos buracos negros

Na Quarta-feira, dia 23 de Setembro às 18:00, darei a palestra de divulgação científica intitulada “A Nova Era de Ouro dos Buracos Negros” no evento Convite à Física, organizado pelo IF USP. Seguem as informações abaixo.

A nova era de ouro dos buracos negros

Os anos 60 foram os anos dourados da pesquisa teórica sobre buracos negros, onde nomes como Thorne, Hawking, Wheeler e Zel’dovich elevaram a nossa compreensão física destes estranhos astros a um outro patamar. Neste convite à física, argumentarei que entramos em 2015 numa segunda e empolgante era de ouro da pesquisa em buracos negros, impulsionada desta vez por avanços empíricos. Quais são as principais descobertas da nova astronomia de buracos negros? E o que vem pela frente?

Link para acompanhar o evento ao vivo, dia 23/9, 18:00

Curso “relatividade geral e aplicações astrofísicas” será disponibilizado no Youtube

A iniciativa

Marco Aurélio, o imperador do grandioso Império Romano, escreveu nas suas meditações que

Precisamente porque nós podemos nos adaptar, a mente pode adaptar-se e assim converter um obstáculo para as nossas ações em algo que sirva a um objetivo. […] O impedimento a uma ação pode servir para avançar a ação. O que está no seu caminho torna-se o caminho.

Esta é uma lição imortal de que desafios trazem oportunidades, se os olharmos com outros olhos.

Costumo usar os ensinamentos estóicos na minha vida. Ao aplicar eles neste momento histórico de confinamento global causado pelo COVID-19, que impede que as aulas da maior parte das escolas e universidades no Brasil retornem ao “antigo normal”, decidi transformar um impedimento à ação (a quarentena que impede as aulas normais) em oportunidade.

Assim, disponibilizarei todas as aulas da minha disciplina de graduação de relatividade geral e aplicações astrofísicas—que normalmente seriam presenciais e disponíveis somente para um reduzido número de alunos da Universidade de São Paulo—no Youtube.

Acredito que será um investimento importante do meu tempo o esforço de disponibilizar os vídeos no youtube, para permitir a estudantes que nunca teriam o privilégio de estar na USP ter acesso às aulas do curso.

Dá para se matricular no curso?

As aulas serão disponibilizadas gratuitamente no meu canal no Youtube a partir de 17 de Agosto de 2020 (o início do segundo semestre letivo da USP). A primeira aula de boas-vindas já está disponível e esta é a playlist que conterá todo o curso.

Aula 1 do curso já disponível no Youtube

Inscrições, avaliações, material suplementar e acesso ao ambiente Google Classroom da disciplina mencionado na Aula 1 estarão disponíveis somente para os alunos da USP matriculados na mesma.

Pré-requisitos

Esta é uma disciplina direcionada para estudantes no terceiro ou quarto (último) ano regular dos cursos de astronomia ou física.

Os pré-requisitos são:

  • Curso introdutório de mecânica clássica: leis de conservação, problema da força central, formalismos Lagrangiano e Hamiltoniano
  • Noções básicas de relatividade restrita (Física 4) e álgebra linear são fortemente recomendadas

Agradecimentos

Ao CNPq através da bolsa de produtividade em pesquisa, que me permite custear a assinatura do software de edição dos vídeos.

À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) através do Auxílio Jovem Pesquisador 2017/01461-2, que permitiu a compra dos computadores usados na preparação, edição e processamento dos vídeos. Editar vídeos é uma tarefa computacionalmente pesada! Os mesmos computadores também possibilitam a minha pesquisa científica 🙂.

O eclipse de sobral e o legado de Einstein

No dia 25 de Maio, participei de um evento no Instituto Moreira Salles celebrando o eclipse de Sobral e o fotógrafo brasileiro marc Ferrez. O vídeo integral do evento integral está online, assim como a palestra que dei no evento sobre “o estranho legado de Einstein: buracos negros”.

O evento contou com uma conversa entre eu, Christina Helena Barboza (ON), Rogério Rosenfeld e Nathan Berkovits (ambos do IFT-ICTP-SAIFR-UNESP) e Sergio Burgi (IMS).

Foram os resultados obtidos através das bem-sucedidas fotografias feitas por astrônomos ingleses em Sobral, em 29 de maio de 1919, que permitiram a comprovação da teoria da relatividade geral de Albert Einstein, inaugurando um novo momento na história da ciência e da própria humanidade. Neste ano em que se comemoram os cem anos daquele eclipse, um novo esforço internacional colaborativo entre vários observatórios e cientistas levou à primeira imagem a ser registrada de um buraco negro. O painel Ciência em Diálogo: especial Marc Ferrez e o eclipse de Sobral discutiu este amplo arco de conhecimentos que une fotografia e ciência ao longo dos últimos 180 anos.

Ferrez é conhecido do grande público por suas fotografias panorâmicas da cidade do Rio de Janeiro e arredores, feitas com câmeras especiais em negativos de grande formato, técnica praticada por poucos fotógrafos do mundo na época

Apresentação na TedX

Neste sábado, primeiro de Junho, dei uma apresentação no evento TEDx Santos sobre—surprise, surprise—buracos negros. Mais especificamente, a primeira imagem de um buraco negro, revelada no dia 11 de Abril de 2019. Foi uma experiência interessante e única.

Rodrigo Nemmen, TEDx Santos

O evento foi no belíssimo Teatro Guarany, um prédio histórico construído na época em que Santos experimentava o boom do café paulista.

Rodrigo Nemmen na TEDx Santos. Crédito: Celina Ramirez.

Não tenho ainda previsão de quando o vídeo da palestra será disponibilizado online, devido a alguns problemas técnicos que a equipe de gravação encontrou. Espero que logo!

Atualização: July 6th 2020

O vídeo da apresentação finalmente foi disponibilizado online no site da TED.

Books about general relativity and black holes for physics students

Are you an undergraduate student majoring in physics, engineering or math? Would you like some suggestions of books to learn about black holes and general relativity (GR) in more details, including the math involved? This blog post gives a couple of suggestions of textbooks to learn GR at different levels.

No math

Gravity’s fatal attraction: Black holes in the universe. Mitchell Begelman & Martin Rees. For the undergrads that come to me interested in doing a undergraduate research project on black holes, I always recommend to read a couple of chapters from this book. Clear, non-technical description of black hole astrophysics, getting into a bit more detail than other expositions on the subject.

Black holes and time warps. Kip Thorne. A classic, must-read book for anybody wanting an in-depth account of the history of black holes and the main discoveries until the mid-nineties. Written by one of the leaders in the field and one of the pioneers of the LIGO observatories (he eventually got a Nobel prize for LIGO). Thorne gives a lot of historical details about the development of the theory of black holes and their observations.

Soft math, for physics, math or engineering students in the first or second year

Exploring black holes: Introduction to general relativity. Edwin Taylor & John Wheeler. Appropriate for first or second year undergraduates in physics, math or engineering. Very basic introduction to the general theory of relativity. Notions of calculus are recommended.

For physics students in the third or fourth years

Gravity: An introduction to Einstein’s general relativity. James Hartle.

This a standard introduction to general relativity for physics undergrads. It explores the effects of black hole spacetimes on particle orbits and light rays and has an emphasis on modern applications of the theory.

Suggested background: vector calculus, classical mechanics (at the level of Thornton & Marion).

Disclaimer: I use this textbook in my GR course.

A first course in general relativity. Bernard Schutz.

Another classic textbook which uses the more classic approach of first introducing and motivating Einstein’s equation, then solving it for a couple of basic spacetimes (Schwarzschild, Friedmann-Robertson-Walker).

Very basic discussion of the applications.

Advanced textbooks

TBD: Carroll, MTW, Wald

Traduzir esta página para o português

Comentário para Revista Pesquisa FAPESP sobre evidência de buracos negros estelares na região central da Via Láctea

A seguir, reproduzo o comentário que dei para a Revista Pesquisa FAPESP sobre a descoberta de potencialmente centenas de buracos negros estelares na região central da Nossa Galáxia, publicado recentemente na Nature.

Pesquisa FAPESP: O centro das galáxias seriam os melhores lugares para detectar um “enxame” de buracos negros como esse? Se sim, por que motivo?

Sim. Há mais de dez anos foi previsto que a região central da galáxia teria, usando o seu termo, um enxame de buracos negros estelares, com masses de cerca de 10 massas solares. De fato, a previsão é de que haveriam milhares destes buracos negros estelares no parsec central. O motivo é que há uma grande quantidade de estrelas massivas nesta região da galáxia, que deram origem a buracos negros. Devido a um efeito chamado fricção dinâmica na astrofísica—que é puramente gravitacional—objetos mais massivos que estão se movendo em meio a astros menos massivos tendem a perder momentum e caem para a região central da galáxia. O mesmo fenômeno explica porque buracos negros supermassivos habitam o centro das galáxias. Devido à fricção dinâmica, os buracos negros estelares acabam migrando para as partes centrais da galáxia.

 

Pesquisa FAPESP: Seria possível “fotografar” esses buracos negros em algum comprimento de onda?
Imagear não é possível, pois eles têm um horizonte de eventos pequeno—diâmetro de ~60 km—a distâncias maiores que 1 kpc. Um instrumento capaz de fotografar estes buracos negros deveria ser capaz de resolver um objeto de 1000 nm na superfície da Lua. Impossível com a tecnologia atual. Nem mesmo imagear os discos de acreção destes buracos negros estelares é possível.
Pesquisa FAPESP: Como eles foram detectados e o que sua distribuição espacial revela? é provável que eles colidam num futuro próximo? [considerando a escala de tempo necessária para que esse tipo de evento cósmico ocorra]
A evidência da sua presença se deve à detecção de raios X—neste caso fótons com energias entre 2 e 8 keV. O estudo em questão encontrou evidência de muitas fontes pontuais de  raios X a uma distância menor que 1 pc do centro da Nossa Galáxia; tais fontes são caracterizadas por um espectro de radiação eletromagnética chamado de “espectro não-térmico”, o que naturalmente é produzido pelo gás acelerado e super-aquecido no disco de acreção ao redor de buracos negros. Por este motivo elas são fortes candidatas a buracos negros estelares. 
 
É improvável que eles colidam num futuro próximo pois tais processos podem demorar muito tempo até a colisão final—potencialmente centenas de milhões a bilhões de anos. Mas quem sabe temos sorte e exista um sistema binário de buracos negros próximo de se fundir? As ondas gravitacionais emitidas por tal fenômeno gerariam uma forte detecção com LIGO-Virgo.

Participação no Jornal Band News: Colisão de estrelas de nêutrons

Ontem à noite, participei do Jornal Band News contando a importância da grande descoberta astronômica sobre a colisão das duas estrelas de nêutrons.

Foi um momento histórico, o início da era da astronomia dos multi-mensageiros: observação de ondas gravitacionais e luz vindos de uma mesma fonte astronômica! E a resposta ao mistério da origem dos elementos mais pesados que o ferro da tabela periódica.

Espero que tenha passado os principais aspectos da descoberta, ressaltando a participação de muitos astrônomos no Brasil em vários estados—RN, RJ, SP, SC e SE—e em várias instituições—INPE e UFRN (times do LIGO/VIRGO), e USP, ON, UFRJ, UFSE e UFSC (contrapartida eletromagnética).

Agora tem o trabalho—prazeroso diga-se de passagem—de ler os vários artigos publicados sobre o evento. Foram mais de sessenta artigos publicados no PRL, ApJL, Nature e Science, reportando os resultados das análises das ondas gravitacionais e observações eletromagnéticas desde rádio até raios gama.