Instituto de Física y Astronomía

La cosmología es un área de rápido desarrollo que vincula aspectos de teorías de gravitación, física de partículas y la astrofísica. La recientemente descubierta aceleración de la expansión del universo y la exitosa detección de anisotropías en la radiación cósmica de fondo implican un modelo de universo donde casi el 96% de su contenido es de naturaleza desconocida. Sabemos que una buena proporción de materia oscura es de naturaleza no bariónica y la energía oscura llena el universo hasta las escalas más grandes observadas. En este grupo se estudian temas de Cosmología Teórica, tanto en la época temprana (inflación, recalentamiento) como en épocas tardías (energía y materia oscura). También se estudian las restricciones a modelos cosmológicos alternativos usando, en especial, informacion de cúmulos de galaxias como pruebas observacionales, por ejemplo, usando lentes gravitacionales, emisión de rayos X, efecto Sunyaev-Zeldovich, etc. Víctor Cárdenas y Jose Villanueva desarrollan modelos teóricos para la materia y la energía oscura poniéndolos a prueba contra un variado conjunto de datos observacionales, que nos ayuda a entender mejor las características de estas componentes oscuras.

Investigadores:

Docentes:   José Villanueva - Víctor Cárdenas - Osvaldo Herrera - Graeme Candlish

Alumnos: Constanza Osses (pregrado)

El grupo de Fisica Teórica del Instituto de Física y Astronomía de la Universidad de Valparaíso hace investigación en diversas áreas, abarcando desde lo muy pequeño - como es el estudio de las partículas elementales - hasta las más grandes escalas imaginadas por el hombre – como se da en el estudio de teorías de la gravitación y cosmología. Estas se complementan entre ellas, toda vez que sus miembros trabajan en temáticas convergentes, además de ser afines con la astrofísica. En nuestro instituto se estudian diversos tópicos en las áreas de:

Cosmología

Física de Partículas

Gravitación

Uno de los grandes desafíos de la astrofísica moderna es entender cómo las galaxias se forman y evolucionan como función del tiempo cosmológico (z, redshift). Modelos teóricos de última generación atacan este problema asumiendo una cosmología Lambda-CDM, donde el crecimiento gravitacional jerárquico de los halos de materia oscura trazan la estructura a gran escala de la materia bariónica observada. Este modelo está gobernado por una serie de ecuaciones diferenciales las cuales pueden ser calculadas y solucionadas computacionalmente por modernos clusters de computadores. Sin embargo, a escalas de galaxias la evolución está controlada por procesos no-lineales y disipativos que son complejos e impredecibles por la teoría. Es en este punto donde observaciones de distintos tipos de galaxias, y cúmulos de galaxias, a distintos redshifts, se convierten en un ingrediente esencial para alimentar modelos semi-analíticos para la formación y evolución de galaxias.

Durante la última década se ha generado un avance significativo en el estudio de la formación de galaxias, principalmente por observaciones profundas tomadas por telescopios en el óptico y en el infra-rojo cercano. Aunque la historia cósmica de la tasa de formación estelar y el crecimiento de la masa estelar han sido bien cuantificadas como función de la masa en galaxias y el ambiente (desde el Universo Local hasta la época de reionización, z > 6), los mecanismos que regulan esa evolución y que generan la variedad de clases morfológicas observadas están lejos de ser comprendidos. Este increíble progreso está también limitado por procesos radiativos a longitudes de onda que solo detectan la emisión estelar y el gas ionizado, los cuales están plagados de interrogantes en la forma en que los fotones son reprocesados por el gas y el polvo. Estudios a longitudes de onda de centímetros y sub-milimétrico se requieren para probar las primeras etapas de formación estelar, oscurecida por polvo, para revelar el gas frío que constituye el alimento para la formación estelar en galaxias.

También han habido avances significativos en la comprensión de la evolución de las galaxias desde alto redshift hasta ahora. Las investigaciones más reciente muestran que el cese de la formación estelar es impulsado por la masa y el entorno de las galaxias. El primer efecto se relaciona con procesos internos como la actividad nuclear del agujero negro supermasivo, mientras que para el último, se han propuesto varios mecanismos, entre los cuales destaca la presión de “ram” que ejercido por el medio intra-cumular, y las interacciones gravitacionales entre galaxias.

Nuestro grupo de investigación ha desarrollado varias campañas para caracterizar la formación y evolución de galaxias como función del redshift, masa y entorno cósmico. Durante estos días, las colaboraciones más destacadas en las que estamos involucrados, son las siguientes:

• Observaciones con ALMA (e.g. VALES at z<0.35) para caracterizar el gas frío y el polvo en galaxias identificadas previamente por el Herschel Space Observatory (tomadas de H-ATLAS y HerMES)
• Observaciones a la misma resolución (a sub-arcosegundos) con VLT IFU y ALMA de galaxias “normales” a alto redshift identificadas en Halpha, cerca del peak de la densidad de tasa de formación estelar cósmica (e.g. tomadas de la muestra HiZELS y KGES),
• Observaciones con ALMA para obtener mapas amplios y profundos, en continuo y espectrales, a longitudes de onda submilimétrica de campos previamente observados por el telescopio espacial Hubble, incluyendo los campos de HUDF y los Frontier Fields,
• El sondeo “Gas Stripping Phenomena in galaxies” (GASP) de galaxias “medusa” con el instrumento MUSE/VLT, que ha colectado datos para 114 galaxias seleccionadas del sondeo de cúmulos de galaxias WINGS.
• El sondeo “Blind Ultra Deep HI Environmental Survey” (BUDHIES) del gas frío en galaxias en cúmulos a  z~0.2.

Los investigadores de esta área son:

Eduardo Ibar- Yara Jaffé -Graeme Candlish

Estudiantes: Hugo Méndez (PhD), Rosamaria Carraro

Postdocs:  Thomas Hughes, Alejandra Muñoz-Arancibia, Gustavo Orellana

Past postdocs: Cheng Cheng, Roger Leiton