Even after 80 years of intense research, the composition of neutron stars remains unknown, since both the dense matter in the interior of these compact objects and the matter moving around them are in extreme physical conditions, unreproducible in terrestrial laboratories. In this Thesis, we follow four different interconnected ways to approach these extreme objects. First, we explore the mathematical structure of neutron stars, building solutions parametrised solely by the central density, what are very appropriate to study the structural behaviour of these stars in different situations. Then, we adopted a novel approach, the information theory, to infer a hierarchy of equations of state, showing that quark stars would be, by its configuration, favoured by Nature. Studying the X-ray emission arising from the low-mass binary system 4U 1608-52, which contains a neutron star, we limit the physical size of the emitting source, showing that it should not be far from the surface of the compact star. For this, we employed a technique to calculate the time lags never used before. Finally, we show that it is possible to obtain restrictions on the strange quark mass and the energy gap of the CFL directly from observations. We conclude this Thesis with the statement that the strange quark matter is, structurally and energetically favoured by Nature, though there is an entropic barrier to be overcame and a minimum central density to be reached just after the collapse of the progenitor star. If this barrier is actually overcame in Nature, only refined observations will tell. / Mesmo depois de 80 anos de pesquisas intensas, a composição das estrelas de nêutrons permanece desconhecida, uma vez que tanto a matéria densa do interior desses objetos compactos quanto a matéria se movendo em torno deles encontram-se em condições físicas extremas, irreprodutíveis em laboratórios terrestres. Nessa Tese, seguimos quatro diferentes caminhos interconectados para abordar esses objetos extremos. Primeiramente, exploramos a estrutura matemática das estrelas de nêutrons, construindo soluções parametrizadas unicamente pela densidade central, apropriadas para estudar o comportamento estrutural dessas estrelas em diversas situações. Em seguida, adotamos uma abordagem nova, a teoria da informação, para inferir uma hierarquia de equações de estado, mostrando que as estrelas de quarks seriam, por sua conformação, favorecidas na Natureza. Estudando a emissão em raios-X advinda do sistema binário de baixa massa 4U 1608--52, que contém uma estrela de nêutrons, limitamos o tamanho físico da fonte emissora, mostrando que não deve estar longe da superfície da estrela compacta. Para isso, empregamos uma técnica inédita no cálculo dos \"time lags\". Por fim, mostramos que é possível obter restrições à massa do quark estranho e ao \"gap\" de energia da CFL diretamente das observações. Concluímos essa Tese com a afirmação de que a matéria estranha é, estrutural e energeticamente, favorecida pela Natureza, muito embora exista uma barreira entrópica a ser superada e uma densidade central mínima a ser atingida logo após o colapso da estrela progenitora. Se essa barreira foi superada na Natureza, apenas observações futuras mais refinadas dirão.

The main objective of the thesis is to study the properties of the Galactic population of radio-quiet and thermally emitting isolated neutron stars (INSs). This is done by studying further the existing neutron star sample of nearby seven sources, known as the Magnificent Seven (M7), as well as by searching for new candidates and constraining possible populations. During the thesis, we investigated the proper motions of three of the faintest M7 in X-rays with the satellite Chandra. This work allowed us to constrain the neutron star displacement in two cases as well as to accurately determine the high proper motion of a third source, for the first time in X-rays with a significance approaching 10 standard deviations (Motch, Pires, Haberl, & Schwope, 2007, Ap&SS, 308, 217; Motch, Pires, Haberl, Schwope, & Zavlin, 2009, A&A 497, 423). The search of new INS candidates in the serendipitous catalogue of the XMM-Newton Observatory, with more than 120,000 X-ray sources, had as well the aim to constrain the spatial density of thermally emitting sources located beyond the solar vicinity. This work allowed the long awaited discovery of a new thermally emitting INS with properties similar to those of the seven nearby sources discovered by ROSAT (Pires, Motch, Turolla, Treves, & Popov, 2009, A&A 498, 233). Moreover, deep optical observations with SOAR and the ESO-VLT have been obtained during the thesis work in order to optically identify a handful of INS candidates that have been selected among more than 72,000 sources (Pires, Motch, & Janot-Pacheco, 2009, A&A, 504, 185). Finally, population synthesis of Galactic thermally emitting INSs allows constraining the global properties of this population based on the whole sample of XMM-Newton observations. By estimating the density of similar sources at more remote distances in the Milky Way, the final objective is to determine whether the spatial density derived from the group of seven nearby sources is a local anomaly caused by the Suns current location near regions of active stellar formation of the Gould Belt. / O objetivo da tese é estudar as propriedades da população Galáctica de estrelas de nêutrons isoladas com emissão térmica em raios X mas silenciosas em rádio. Isto é feito iinvestigando-se a amostra existente de sete fontes próximas, conhecidas como Magnificent Seven (M7), assim como através da procura por novos candidatos e restringindo possíveis cenários e populações. Durante a tese, nós investigamos os movimentos próprios de três das mais fracas fontes em raios X com o satélite Chandra. Este trabalho nos permitiu restringir o deslocamento da estrela de nêutrons em dois casos assim como medir com grande precisão o alto valor de movimento próprio de uma terceira fonte, pela primeira vez em raios X com uma precisão alcançando 10 desvios-padrão (Motch, Pires, Haberl & Schwope, 2007, Ap&SS, 308, 217; Motch, Pires, Haberl, Schwope & Zavlin, 2009, A&A 497, 423). A procura por novos candidatos a estrelas de nêutrons isoladas no catálogo de fontes do satélite XMM-Newton, com mais de 120.000 fontes de raios X, teve igualmente como objetivo restringir a densidade espacial de fontes com emissão térmica situadas além da vizinhança solar. Este trabalho levou à aguardada descoberta de uma nova estrela de nêutrons isolada em processo de resfriamento, a qual exibe propriedades similares às sete fontes descobertas pelo ROSAT (Pires, Motch, Turolla, Treves, & Popov, 2009, A&A 498, 233). Mais ainda, observações óticas profundas com os telescópios SOAR e ESO-VLT foram obtidas durante a tese de maneira a identificar no óptico a amostra mais brilhante de candidatos a estrelas de nêutrons, os quais foram selecionados entre mais de 72.000 fontes (Pires, Motch, & Janot-Pacheco, 2009, A&A, 504, 185). Finalmente, a síntese de população de estrelas de nêutrons isoladas Galácticas permite restringir as propriedades globais da população com base na amostra total de observações em raios X realizadas com o satélite XMM-Newton. Estimando-se a densidade de fontes similares a maiores distâncias na Via Láctea, o objetivo final é determinar se a densidade espacial derivada do grupo de sete estrelas próximas corresponde a uma anomalia local causada pela proximidade do Sol em relação a regiões de ativa formação estelar do Cinturão de Gould.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:14:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LucioMSA.pdf: 2791852 bytes, checksum: 5cba560727621c49e5fc8f6cc80083c9 (MD5) Previous issue date: 1999-12-29 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / We use a finite diference eulerian numerical code, called ZEUS 3D, to do simulations involving the collision between two magnetized molecular clouds, aiming to evaluate the rate of star formation triggered by the collision and to analyse how that rate varies depending on the relative orientations between the cloud magnetic fields before the shock. The ZEUS 3D code is not an easy code to handle. We had to create two subroutines, one to study the cloud-cloud collision and the other for the data output. ZEUS is a modular code. Its hierarchical way of working is explained as well as the way our subroutines work. We adopt two sets of different initial values for density, temperature and magnetic field of the clouds and of the external medium in order to study the collision between two molecular clouds. For each set, we analyse in detail six cases with different directions and orientations of the cloud magnetic field relative to direction of motion of the clouds. The analysis of these twelve cases allowed us to conform analytical-theoretical proposals found in the literature, and to obtain several original results. Previous works indicate that, if the cloud magnetic fields before the collision are orthogonal to the direction of motion, then a strong inhibition of star formation will occur during a cloud-cloud shock, whereas if those magnetic fields are parallel to the direction of motion, star formation will be stimulated. Our treatment of the problem confirmed numerically those results, and further allowed us to quantify the relative star forming efficiencies in each case. Moreover, we propose and analyse an intermediate case where the field of one of the clouds is orthogonal to the motion and the field of the other one is parallel to the motion. We conclude that, in this case, the rate at which the star formation occurs has a value also intermediate between the two extreme cases we mentioned above. Besides that we study the case in which the fields are orthogonal to the direction of the motion but, instead of being parallel to each other, they are anti-parallel, and we obtained for this case the corresponding variation of the star formation rate due to this alteration of the field configuration. This last case has not been studied in the literature before. Our study allows us to obtain, from the simulations, the rate of star formation in each case, as well as the temporal dependence of that rate as each collision evolves, what we do in detail for one of the cases in particular. The values we obtain for the rate of star formation are in accordance with those expected from the presently existing observational data / Usamos um c?digo num?rico euleriano de diferen?as finitas, chamado ZEUS 3D, para fazer simula??es envolvendo a colis?o entre duas nuvens moleculares magnetizadas, visando avaliar a taxa de forma??o estelar desencadeada pela colis?o e analisar como essa taxa varia, dependendo das orienta??es relativas entre os campos magn?ticos das nuvens antes do choque. O c?digo ZEUS 3D n?o ? um c?digo de f?cil tratamento. Tivemos de criar duas subrotinas, uma para estudar a colis?o nuvem-nuvem e outra para a sa?da dos dados. O ZEUS ? um c?digo baseado em m?dulos. Seu funcionamento hier?rquico ? explicado, assim como o funcionamento de nossas subrotinas. Estudamos a colis?o entre duas nuvens moleculares, empregando dois conjuntos diferentes de valores iniciais para densidade, temperatura e campo magn?tico das nuvens e do meio. Para cada conjunto desses valores, analisamos detalhadamente seis casos com diferentes dire??es e sentidos do campo magn?tico das nuvens em rela??o ? dire??o do seu movimento. A an?lise desses doze casos nos permitiu comprovar previs?es te?rico-anal?ticas propostas na literatura e nos possibilitou a obten??o de v?rios resultados originais. Trabalhos anteriores indicaram que, se os campos magn?ticos das nuvens antes da colis?o forem ortogonais ? dire??o do movimento, ocorre forte inibi??o da forma??o de estrelas durante um choque nuvem-nuvem, enquanto que se esses campos magn?ticos forem paralelos ao movimento haver? indu??o da forma??o estelar. Nosso tratamento do problema comprovou numericamente essas previs?es, permitindo inclusive quantificar as relativas efici?ncias de forma??o estelar em cada caso. E mais: propusemos e analisamos um caso intermedi?rio, onde uma nuvem teria campo ortogonal ao movimento e a outra teria campo paralelo a este. Conclu?mos que neste caso ocorre forma??o estelar com uma taxa tamb?m intermedi?ria entre os dois casos extremos mencionados. Al?m disso, estudamos o caso onde os campos s?o ortogonais ? dire??o do movimento mas, em vez de serem paralelos um ao outro, eles s?o anti-paralelos, o que tampouco havia sido feito na literatura, e obtivemos a correspondente varia??o da taxa de forma??o de estrelas devido a essa altera??o de configura??o. Nosso estudo permite extrair das simula??es a taxa de forma??o estelar em cada caso, assim como a depend?ncia temporal dessa taxa conforme cada uma das colis?es estudadas evolui, o que fazemos em detalhe para um dos casos em particular. Os valores que obtivemos para a taxa de forma??o de estrelas est? em acordo com os dados observacionais existentes at? o presente momento

Este trabalho tem como objetivo o ensino dos fundamentos da Astrofísica Estelar moderna a alunos do Ensino Médio através de uma abordagem empírica que usa como ferramentas principais da metodologia a observação, o registro, a análise e a interpretação das mudanças de brilho das estrelas variáveis ao longo do tempo. Mediante técnicas simples (fotometria visual) para a estimativa dos valores dos brilhos aparentes (magnitudes) dessas estrelas no decorrer de vários meses, o aluno coleta seus próprios dados observacionais. Em seguida, esses dados serão colocados em gráficos (curvas de luz), cuja análise permitirá a medida de seus períodos e amplitudes de variação, bem como a determinação de uma série de parâmetros que caracterizam as propriedades físicas das estrelas. O estudo é conduzido de uma forma que permite apresentar aos alunos vários dos grandes temas da Astrofísica contemporânea sem que eles percam o vínculo sensorial com a observação direta dos fenômenos celestes, seja com auxílio de instrumental modesto (binóculos ou pequenos telescópios), seja até mesmo a olho nu. O produto final de nosso trabalho é um Guia de Estudos intitulado Astrofísica Estelar para o Ensino Médio, em doze capítulos e mais de trezentas páginas, que está incluído em sua íntegra nesta monografia. O Guia foi desenvolvido tendo como alvos principais os alunos e professores do Ensino Médio formal. Não obstante, ele pode ser também utilizado por qualquer pessoa que tenha interesse no assunto e que possua os conceitos necessários de Matemática e Física do Ensino Médio; ou ainda em cursos do ensino não-formal que sejam ministrados, por exemplo, por planetários, museus de ciência e astrônomos amadores (situação essa testada com ótimos resultados pelo autor). Por fim, vale mencionar que, neste tipo de aprendizado (conhecido como research-based education, que poderíamos traduzir livremente como aprendizado vinculado à pesquisa), utilizamos intensivamente diversos recursos tecnológicos disponibilizados gratuitamente na internet pelas grandes entidades internacionais que se dedicam à pesquisa e ao estudo das estrelas variáveis tais como softwares específicos, bancos de dados, simulações e cartas para a estimativa das magnitudes. O uso dessa metodologia vinculada à pesquisa, em nossa experiência, se constitui em um fator valioso para desenvolver nos alunos a criatividade, o raciocínio crítico, a familiarização com o método científico e as habilidades para a pesquisa. / This work aims at teaching the fundamental aspects of Stellar Astrophysics to high school students through an empirical approach which uses variable stars observations, data collection, and the analysis and interpretation of brightness changes as key methodological tools. By using some simple techniques (visual photometry) to estimate the values of apparent brightness (magnitudes) of these stars over several months, the student collects his/her own observational data. Subsequently, that data will be plotted in graphs (light curves), whose analysis will in turn allow the determination of its periods and amplitudes of variation, as well as of a series of physical parameters that characterize the physical properties of the stars. The whole study is conducted in a way that shows students several of the major themes of contemporary Astrophysics without losing their sensory link with the direct observation of celestial phenomena - whether with the aid of modest instruments (binoculars or small telescopes) or even naked eye. The final product of our work is a Study Guide called \"Stellar Astrophysics for High School\" in twelve chapters and more than three hundred pages, which is included in their entirety in this monograph. The Guide was developed with the main targets being students and teachers of the formal high school level. Nevertheless, it can also be used by anyone who has an interest in the subject and who possesses the required concepts of high school Mathematics and Physics; or even in non-formal teaching courses that are taught, for example, by planetariums, science museums and amateur astronomers (a situation that has been tested with great results by the author). Last but not least, it is worth mentioning that in this type of learning (known as \"research-based education\") we intensively use various technological resources freely available on the internet from the great international entities that are dedicated to the research and study of variable stars such as specific softwares, databases, simulations and charts for estimating magnitudes. The use of research-based education, in our experience, is a valuable tool to foster and develop students creativity, critical thinking, and the familiarization with the scientific method and research skills.

Este trabalho tem como objetivo o ensino dos fundamentos da Astrofísica Estelar moderna a alunos do Ensino Médio através de uma abordagem empírica que usa como ferramentas principais da metodologia a observação, o registro, a análise e a interpretação das mudanças de brilho das estrelas variáveis ao longo do tempo. Mediante técnicas simples (fotometria visual) para a estimativa dos valores dos brilhos aparentes (magnitudes) dessas estrelas no decorrer de vários meses, o aluno coleta seus próprios dados observacionais. Em seguida, esses dados serão colocados em gráficos (curvas de luz), cuja análise permitirá a medida de seus períodos e amplitudes de variação, bem como a determinação de uma série de parâmetros que caracterizam as propriedades físicas das estrelas. O estudo é conduzido de uma forma que permite apresentar aos alunos vários dos grandes temas da Astrofísica contemporânea sem que eles percam o vínculo sensorial com a observação direta dos fenômenos celestes, seja com auxílio de instrumental modesto (binóculos ou pequenos telescópios), seja até mesmo a olho nu. O produto final de nosso trabalho é um Guia de Estudos intitulado Astrofísica Estelar para o Ensino Médio, em doze capítulos e mais de trezentas páginas, que está incluído em sua íntegra nesta monografia. O Guia foi desenvolvido tendo como alvos principais os alunos e professores do Ensino Médio formal. Não obstante, ele pode ser também utilizado por qualquer pessoa que tenha interesse no assunto e que possua os conceitos necessários de Matemática e Física do Ensino Médio; ou ainda em cursos do ensino não-formal que sejam ministrados, por exemplo, por planetários, museus de ciência e astrônomos amadores (situação essa testada com ótimos resultados pelo autor). Por fim, vale mencionar que, neste tipo de aprendizado (conhecido como research-based education, que poderíamos traduzir livremente como aprendizado vinculado à pesquisa), utilizamos intensivamente diversos recursos tecnológicos disponibilizados gratuitamente na internet pelas grandes entidades internacionais que se dedicam à pesquisa e ao estudo das estrelas variáveis tais como softwares específicos, bancos de dados, simulações e cartas para a estimativa das magnitudes. O uso dessa metodologia vinculada à pesquisa, em nossa experiência, se constitui em um fator valioso para desenvolver nos alunos a criatividade, o raciocínio crítico, a familiarização com o método científico e as habilidades para a pesquisa. / This work aims at teaching the fundamental aspects of Stellar Astrophysics to high school students through an empirical approach which uses variable stars observations, data collection, and the analysis and interpretation of brightness changes as key methodological tools. By using some simple techniques (visual photometry) to estimate the values of apparent brightness (magnitudes) of these stars over several months, the student collects his/her own observational data. Subsequently, that data will be plotted in graphs (light curves), whose analysis will in turn allow the determination of its periods and amplitudes of variation, as well as of a series of physical parameters that characterize the physical properties of the stars. The whole study is conducted in a way that shows students several of the major themes of contemporary Astrophysics without losing their sensory link with the direct observation of celestial phenomena - whether with the aid of modest instruments (binoculars or small telescopes) or even naked eye. The final product of our work is a Study Guide called \"Stellar Astrophysics for High School\" in twelve chapters and more than three hundred pages, which is included in their entirety in this monograph. The Guide was developed with the main targets being students and teachers of the formal high school level. Nevertheless, it can also be used by anyone who has an interest in the subject and who possesses the required concepts of high school Mathematics and Physics; or even in non-formal teaching courses that are taught, for example, by planetariums, science museums and amateur astronomers (a situation that has been tested with great results by the author). Last but not least, it is worth mentioning that in this type of learning (known as \"research-based education\") we intensively use various technological resources freely available on the internet from the great international entities that are dedicated to the research and study of variable stars such as specific softwares, databases, simulations and charts for estimating magnitudes. The use of research-based education, in our experience, is a valuable tool to foster and develop students creativity, critical thinking, and the familiarization with the scientific method and research skills.

Made available in DSpace on 2015-03-03T15:15:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SanziaAN.pdf: 964619 bytes, checksum: 25b161330259b5777dcaa8cf03c1242b (MD5) Previous issue date: 2008-04-22 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / ROTATION is one the most important aspects to be observed in stellar astrophysics. Here we investigate that particularly in stars with planets. This physical parameter supplies information about the distribution of angular momentum in the planetary system, as well as its role on the control of dierent phenomena, including coronal and cromospherical emission and on the ones due of tidal effects. In spite of the continuous solid advances made on the study of the characteristics and properties of planet host stars, the main features of their rotational behavior is are not well established yet. In this context, the present work brings an unprecedented study about the rotation and angular momentum of planet-harbouring stars, as well as the correlation between rotation and stellar and planetary physical properties. Our analysis is based on a sample of 232 extrasolar planets, orbiting 196 stars of dierent luminosity classes and spectral types. In addition to the study of their rotational behavior, the behavior of the physical properties of stars and their orbiting planets was also analyzed, including stellar mass and metallicity, as well as the planetary orbital parameters. As main results we can underline that the rotation of stars with planets present two clear features: stars with Tef lower than about 6000 K have slower rotations, while among stars with Tef > 6000 K we and moderate and fast rotations, though there are a few exceptions. We also show that stars with planets follow mostly the Krafts law, namely < J > / v rot. In this same idea we show that the rotation versus age relation of stars with planets follows, at least qualitatively, the Skumanich and Pace & Pasquini laws. The relation rotation versus orbital period also points for a very interesting result, with planet-harbouring stars with shorter orbital periods present rather enhanced rotation / ROTA??O ? um dos importantes aspectos a ser observado na astrof?sica estelar. Por isto, neste trabalho, investigamos este par?metro no estudo das estrelas hospedeiras de planetas. Par?metro f?sico este que fornece informa??o sobre a distribui??o do momentum angular dos sistemas planet?rios, bem como sobre o seu papel nos mais diferentes fen?menos, incluindo emiss?o cromosf?rica e coronal e sobre aqueles decorrentes de efeitos de mar?. Apesar dos cont?nuos avan?os feitos no estudo das caracter?sticas e das propriedades destes objetos, as principais caracter?sticas de seu comportamento rotat?rio ainda n?o est?o bem estabelecidas. Neste contexto, o presente trabalho traz um estudo pioneiro sobre a rota??o e o momentum angular das estrelas hospedeiras de planetas, bem como sobre a correla??o entre rota??o e par?metros f?sicos estelares e planet?rios. Nossa an?lise ? baseada em uma amostra de 232 planetas extrasolares, orbitando 196 estrelas de diferentes classes de luminosidade e tipos espectrais. Al?m do estudo do comportamento rotacional dessas estrelas, re-visitamos o comportamento das propriedades f?sicas destas estrelas e de seus planetas, incluindo a massa estelar e a metalicidade, bem como os par?metros orbitais planet?rios. Como resultados principais, podemos sublinhar que a rota??o das estrelas com planetas apresenta duas claras caracter?sticas: estrelas com Tef inferiores aproximadamente 6000 K possuem rota??es mais baixas, enquanto que entre aquelas com Tef > 6000 K encontramos rota??es modv eradas e altas, embora algumas exce??es. N?s mostramos tamb?m que as estrelas com planetas seguem, em sua maioria, a lei do Kraft, a saber < J > / v rot. Nesta mesma linha n?s mostramos que a rela??o rota??o versus idade das estrelas com planetas segue, ao menos qualitativamente, como qualquer outra estrela de campo ou de aglomerado, a lei de Skumanich e de Pace & Pasquini. Um resultado interessante a ser destacado ? a rela??o rota??o versus per?odo orbital, que aponta para uma tend?ncia de que as estrelas que abrigam planetas com per?odo orbital menores apresentam rota??es mais real?adas