In 1823 German astronomer Henrich Wilhelm Olbers formulated a theoretical question regarding the darkness of the night sky. Assuming an infinite universe, permeated by infinite stars, Olbers pondered on how could the night sky be dark. Modernly this question is known as the Olbers Paradox. Multiple explanations have been offered since its formulation, and some of the explanations are no longer valid or are incomplete. Only in the light of the most recent theories and astronomical observations of the 20th century can this apparent paradox be resolved. The objective of this article is to list the most relevant observational evidence that helps to clarify Olbers’ Paradox. By addressing the latest discoveries in astronomy and theoretical physics, we seek to provide a comprehensive overview of the reasons why the night sky is brighter and richer in radiation than initially supposed.

Em 1823, o astrônomo alemão Henrich Wilhelm Olbers formulou uma questão teórica a respeito da escuridão do céu noturno. Supondo que vivíamos em um universo infinito, permeado por infinitas estrelas, Olbers ponderou como a noite poderia ser escura. Modernamente esta questão é conhecida como o Paradoxo de Olbers. Múltiplas explicações já foram oferecidas desde sua formulação, sendo que algumas das explicações já não são mais válidas ou estão incompletas. Somente à luz das teorias mais recentes e das observações astronômicas do século XX é que o aparente paradoxo pôde ser resolvido. O presente artigo tem por objetivo elencar as evidências observacionais mais relevantes que ajudam a esclarecer o Paradoxo de Olbers. Ao abordar as últimas descobertas da astronomia e da física teórica, buscaremos apresentar um panorama completo sobre as razões pelas quais o céu noturno é mais claro e rico em radiação do que inicialmente se supunha.

This contribution sets out to present a diachronic path of a relevant line of activities concerning issues related to Physics beyond the Standard Model of Fundamental Interactions and Particle Physics, namely, field-theoretical models displaying Lorentz-symmetry violation. Very tine effects that may signal some deviation from Lorentz symmetry – fundamental invariance the formulation of relativistic quantum theories rely on – deserve a relevant room in the literature of field and particle theories. Aiming at a target audience of undergraduate students, the present text focus on the presentation of the timeline of the development of the topic. The effort is to provide the beginners and non-practicing the perception on how the investigation of effects stemming from the violation of Lorentz symmetry showed up in different moments over the second half of past century and reached the present status of intense theoretical and experimental quests. More recently, areas like the study of Dirac and Weyl materials in Condensed Matter Physics and the inspection of optical effects in Astrophysics are also showing increasing interest in the discussion of Lorentz-symmetry violation.

Este texto tem como eixo central uma abordagem diacrônica de uma atividade bastante central na multiplicidade de caminhos que se vislumbram quando são investigados possíveis cenários físicos além do Modelo-Padrão das Interações Fundamentais e da Física de Partículas. Pequeníssimos efeitos que podem sinalizar algum desvio da simetria de Lorentz, invariância fundamental na formulação das teorias quânticas relativísticas, ocupam significativo espaço na literatura da Física de Partículas e Campos. Visando um público-alvo de estudantes de Graduação, o presente trabalho propõe-se a apresentar o percurso histórico de desenvolvimento do tópico, permitindo aos principiantes e não-praticantes do tema a percepção de como a investigação de efeitos advindos da violação da simetria de Lorentz se contextualizou em diferentes momentos e atingiu o seu presente status de intensas atividades teóricas e experimentais. Mais recentemente a área tem caminhado na direção de se investigar efeitos da violação da simetria de Lorentz em sistemas de Física da Matéria Condensada, mais especificadamente na direção dos semi-metais de Dirac e Weyl; também, no campo dos efeitos óticos na Astrofísica a atividade de violação da simetria de Lorentz vem recebendo crescente atenção.

A Relatividade Geral é a teoria atual que melhor descreve os fenômenos gravitacionais, fornecendo a base para a astrofísica e a cosmologia modernas. Além disso, algumas de suas previsões, como a possibilidade de existência de buracos negros, ocupam um lugar de destaque na cultura e no imaginário populares. No entanto, a complexidade matemática da teoria frequentemente dificulta sua inserção efetiva tanto a nível de ensino médio, quanto a nível superior, na formação de docentes em Física. Neste trabalho, propomos o estudo de órbitas relativísticas como uma possível porta de entrada para discussões sobre buracos negros e outros tópicos em Relatividade Geral. Como forma de apoiar esta inserção, apresentamos aqui dois simuladores de órbitas relativísticas que desenvolvemos para esse propósito. O primeiro, que se baseia na análise da energia potencial efetiva associada ao problema, foi pensado como ferramenta para disciplinas de graduação; o segundo, que exige entradas com significado mais intuitivo, pode servir de apoio a atividades a nível de ensino médio. Após apresentar o problema em questão e o funcionamento dos simuladores, discutimos algumas sugestões de uso em sequências didáticas potencialmente significativas. gravitacionais modernas disso previsões populares entanto médio superior Física trabalho propósito primeiro graduação segundo intuitivo significativas

General Relativity is the current theory that best describes gravitational phenomena, providing the basis for modern astrophysics and cosmology. Furthermore, some of its predictions, such as the possibility of the existence of black holes, occupy a prominent spot in popular culture and imagination. However, the theory's mathematical complexity often makes it difficult to effectively insert it both at secondary and undegraduate levels. In this work, we propose the study of relativistic orbits as a possible gateway to discussions about black holes and other topics in General Relativity. As a way of supporting this insertion, we present here two simulators of relativistic orbits we developed for this purpose. The first, which is based on the analysis of the effective potential energy associated with the problem, was designed as a tool for undergraduate courses; the second, which requires input with a more intuitive meaning, can support activities at high school level. After discussing the problem in question and the usage of the simulators, we discuss some suggestions for its use in potentially significant didactic sequences. phenomena cosmology Furthermore predictions imagination However theorys s levels work insertion purpose first courses second meaning level sequences

Abstract In the present work, we show results of a numerical simulation project aimed to study the formation process of the interstellar cloud known as “the Brick”. This cloud is located near the Milky Way center. The simulated formation process is based on the collision of two gas sub-clouds that are contained within a larger progenitor cloud. A fundamental characteristic is that the simulated gas shows turbulent velocities. The results of several simulations that well represent some cases of academic interest are studied besides the case of the cloud “the Brick”. In addition, we calculate the physical properties of the groups of proto- star resulting from such models. Due to the obtained mass, these groups can be identified as protostellar clusters.

Resumen En el presente trabajo se exponen los resultados de un proyecto de simulación numérica diseñado para estudiar el proceso de formación de la nube interestelar conocida como "the Brick". Dicha nube está localizada cerca del centro de la Vía Láctea. El proceso de formación simulado está basado en la colisión de dos sub-nubes de gas que están contenidas en una nube progenitora mayor. Una característica fundamental es que el gas que simulamos muestra velocidades turbulentas. Estudiamos los resultados de varias simulaciones que representan bien algunos casos de interés académico, además del caso de la nube “the Brick”. Adicionalmente, calculamos las propiedades físicas de los grupos de proto-estrellas resultantes de tales modelos. Por la masa obtenida, dichos grupos se pueden identificar como cúmulos proto-estelares.

Resumen: La investigación científica requiere que los resultados puedan ser accedidos, probados y replicados por otros investigadores. En general, realizar una investigación reproducible no es sencillo y puede ser incluso imposible (por ejemplo, en el caso de la astrofísica replicar eventos singulares pueden estar incluso fuera del control del investigador). Sin embargo, en las ciencias computacionales no hay ningún impedimento especial para reproducir, repetir y comparar resultados. En 2009 se fundó la revista Image Processing On Line (IPOL) como una modesta contribución a la investigación reproducible en el campo del procesamiento de imágenes, que luego se amplió a algoritmos de procesamiento de señales más generales, como el procesamiento de señales de vídeo o fisiológicas, entre otros. Redefinimos el concepto de publicación, que ya no es solamente el artículo en sí mismo, sino la combinación del artículo, su código fuente y cualquier dato asociado necesario para reproducir los resultados, como un todo indivisible. En este artículo, presentamos el concepto de IPOL, nuestro enfoque de la investigación reproducible, los retos que tuvimos que abordar y resolver, y algunas aplicaciones distintas del procesamiento de imágenes en IPOL (biomédicas, educativas). También presentamos otras iniciativas inspiradas en IPOL antes de discutir la oportunidad de realizar investigación reproducible en estos campos, así como las ventajas y dificultades.

Abstract: Scientific research requires that results can be accessed, tested, and replicated by other researchers. In general, performing reproducible research is not simple and it can be even impossible (for example, in the case of astrophysics replicating singular events if even out of the control of the researcher). However, in computational sciences there is no special hindrance to reproduce, repeat, and compare results. In 2009 the Image Processing On Line (IPOL) journal was founded as a modest contribution to implement reproducible research in the Image Processing field, and then expanded to more general signal-processing algorithms, such as video or physiological signal processing, among others. We re-defined the concept of publication, which is no longer just the article, but the combination of the article, its source code, and any associated data needed to reproduce the results, everything as an indivisible whole. In this article, we present the concept of IPOL, our approach to reproducible research, the challenges we had to address and solve, and some applications other than image processing in IPOL (biomedical, educational). We also present other IPOL inspired initiatives before discussing the opportunity of performing reproducible research in these fields, as well as the advantages and difficulties.

Resumo: A investigação científica requer que os resultados possam ser consultados, testados e replicados por outros investigadores. Em geral, a realização de investigação reprodutível não é simples e pode até ser impossível (por exemplo, no caso da astrofísica, a replicação de eventos únicos pode até estar fora do controlo do investigador). No entanto, na ciência computacional não existe nenhum impedimento particular para reproduzir, repetir e comparar resultados. Em 2009, a revista Image Processing On Line (IPOL) foi fundada como uma modesta contribuição para a investigação reprodutível no campo do processamento de imagens, que mais tarde foi alargada a algoritmos mais gerais de processamento de sinais, tais como processamento de sinais vídeo ou fisiológicos, entre outros. Redefinimos o conceito de publicação, que já não é apenas o artigo em si, mas a combinação do artigo, o seu código fonte e quaisquer dados associados necessários para reproduzir os resultados, como um todo indivisível. Neste artigo, apresentamos o conceito de IPOL, a nossa abordagem à investigação reprodutível, os desafios que tivemos de enfrentar e resolver, e algumas aplicações diferentes de processamento de imagem na IPOL (biomédica, educacional). Apresentamos também outras iniciativas inspiradas na IPOL antes de discutir a oportunidade de investigação reproduzível nestes campos, bem como as vantagens e dificuldades.

ABSTRACT Relativistic isothermal gas spheres are a powerful tool to model many astronomical objects, like compact stars and clusters of galaxies. In the present paper, we introduce an artificial neural network (ANN) algorithm and Taylor series to model the relativistic gas spheres using Tolman-Oppenheimer-Volkoff differential equations (TOV). Comparing the analytical solutions with the numerical ones revealed good agreement with maximum relative errors of 10−3. The ANN algorithm implements a three-layer feed-forward neural network built using a back-propagation learning technique that is based on the gradient descent rule. We analyzed the massradius relations and the density profiles of the relativistic isothermal gas spheres against different relativistic parameters and compared the ANN solutions with the analytical ones. The comparison between the two solutions reflects the efficiency of using the ANN to solve TOV equations.

RESUMEN Las esferas isotérmicas relativistas son una herramienta poderosa para modelar objetos astronómicos, tales como estrellas compactas y cúmulos de galaxias. En este trabajo presentamos un algoritmo basado en una red neuronal artificial (ANN) y series de Taylor para modelar esferas de gas relativistas usando las ecuaciones diferenciales de Tolman-Oppenheimer-Volkoff (TOV). La comparación de las soluciones analíticas con las numéricas muestra una buena concordancia, con errores relativos máximos de 10−3. El algoritmo ANN implementa una red neuronal de tres niveles con pro-alimentación, construida usando una técnica de aprendizaje con retro-propagación basada en la regla del gradiente descendente. Analizamos las relaciones masa-radio y los perfiles de densidad de las esferas relativistas isotérmicas y comparamos las soluciones ANN con las analíticas. Esta comparación muestra la eficiencia de ANN para resolver las ecuacines TOV.

ABSTRACT The existence of life is one of the most fundamental problems of astrophysics. The intriguing existence of progressively complex and apparently improbable living beings should be a general tendency of life in the Universe. We are looking for general physical laws governing the growth of complexity in any astrophysical environment. We posit the existence of a vital scalar field. This scalar is sensitive to the gradient of the inverse of specific entropy, such that its distribution tends to very high values in the interior of living beings. Besides the classical mutations, vital field driven mutations only produce decrements of entropy. The field equations give rise to the existence of vital waves. This theory is able to deal with both the origin of life and the evolution of life. We show that the growth of complexity is accelerated by the vital field.

RESUMEN La existencia de vida es uno de los problemas fundamentales de la astrofísica. La existencia intrigante de vivientes progresivamente complejos y aparentemente improbables debería ser una tendencia general de la vida en el Universo. Buscamos leyes físicas generales que gobiernen la emergencia de complejidad en cualquier sistema astrofísico. Proponemos la existencia de un campo vital escalar. Este escalar es sensible al gradiente del inverso de entropía específica, de forma que su distribución tiende a adquirir valores muy altos en el interior de los vivientes. Además de las mutaciones clásicas, hay otras mutaciones inducidas por el campo vital que sólo producen decrementos de entropía. Las ecuaciones del campo dan lugar a ondas vitales. Mostramos cómo el campo vital acelera el crecimiento de complejidad. Esta teoría puede aplicarse tanto el origen de la vida como a su evolución.

ABSTRACT We present measurements of line core positions in UVES spectra of a sample of K-type stars, using the technique of bisector tracing. In all but two of these stars we detect an excess redshift of Ti I lines with respect to Fe I lines. We explain this invoking the temperature-dependence of the line depths. We conclude that the granulation curve is not unique but depends on the chemical species.

RESUMEN Presentamos posiciones de líneas espectrales en los espectros de una muestra de estrellas tipo K obtenidos por el espectrógrafo UVES. Dichas posiciones fueron medidas empleando la técnica del trazado de bisectrices. En todas estas estrellas, exceptuando dos, encontramos un corrimiento de las líneas de titanio con respecto a las de hierro hacia longitudes de onda mayores. Explicamos esto en términos de la termodependencia de las profundidades de las líneas. Concluimos que la curva de granulación no es única, sino depende del elemento químico.

ABSTRACT The large dynamic range in some astrophysical N-body problems led to the use of adaptive multi-time-steps; however, the search for optimal strategies is still challenging. We numerically quantify the performance of the hierarchical Hamiltonian Splitting (HHS) integrator for collisionless simulations using a direct summation code. We compare HHS with the constant global time-step leapfrog integrator, and with the adaptive one (AKDK). We find that HHS is approximately reversible, whereas AKDK is not. Therefore, it is possible to find a combination of parameters such that the energy drift is considerably milder for HHS, resulting in a better performance. We conclude that HHS is an attractive alternative to AKDK, and it is certainly advantageous for direct summation and P3M codes. Also, we find advantages with GADGET4 (Tree/FMM) HHS implementation that are worth exploring further.

RESUMEN El gran intervalo dinámico en algunos problemas astrofísicos de N-cuerpos ha llevado al uso de pasos de tiempo múltiples adaptivos, sin embargo, la búsqueda de estrategias óptimas es aún un reto. Estudiamos numéricamente el integrador Hierarchical Hamiltonian Splitting (HHS) utilizando un código de suma directa y comparamos con el rendimiento de leapfrog con paso global constante y su versión multi-paso adaptivo (AKDK). Encontramos que HHS es aproximadamente reversible, mientras que AKDK no. Por lo que es posible encontrar una combinación de parámetros tales que el cambio de energía es considerablemente menor para HHS, resultando en una mayor eficiencia. Concluimos que HHS es una alternativa competitiva con ventaja para códigos de suma directa y P3M. También, hallamos ventajas para la implementación de HHS en GADGET4 (Árbol/FMM) que merecen ser investigadas más.

ABSTRACT A photometric and astrometric study of the two open star clusters Gulliver18 and Gulliver58 was carried out for the first time using the early third data release of the Gaia space observatory (Gaia-EDR3). By studying the proper motions, parallaxes, and color-magnitude diagrams of the two clusters, we determined their actual cluster membership. Therefore, ages, color excesses, and heliocentric distances of the clusters could be determined. The luminosity function, mass function, total mass, mass segregation, and relaxation time of Gulliver18 and Gulliver58 were estimated as well.

RESUMEN Se realizó por primera vez un estudio fotométrico y astrométrico de dos cúmulos abiertos, Gulliver18 y Gulliver58, con los datos preliminares de la tercera entrega del observatorio espacial Gaia (Gaia-EDR3). Estudiando los movimientos propios, las paralajes y los diagramas color-magnitud de ambos cúmulos determinamos la pertenencia de estrellas a ellos. Con estos resultados pudimos encontrar las edades, excesos de color y distancias heliocéntricas de los cúmulos. También estimamos la función de luminosidad, la función de masa, la masa total y la segregación de masas, así como el tiempo de relajamiento para Gulliver18 y Gulliver58.

ABSTRACT We present a model for the “Bondi-Hoyle tail” left behind by the hypersonic passage of a compact, massive object through a dense, radiative environment. We derive simple equations for the flow velocity and the mass along the tail, and obtain numerical and approximate analytical solutions for the steady state problem. We then study a time-dependent problem in which the source first travels within a dense cloud, and then emerges into a low density environment. This flow results in the production of a trail of dense gas joining the source at the point in which it emerged from the dense cloud. This trail has a linear velocity vs. position profile.

RESUMEN Presentamos un modelo para una “cola de Bondi-Hoyle” producida por el pasaje hipersónico de un objeto compacto masivo a través de un medio ambiente radiativo. Derivamos ecuaciones sencillas para la velocidad y la masa del flujo a lo largo de la cola, y obtenemos soluciones numéricas y analíticas aproximadas del problema estacionario. Luego estudiamos el problema con dependencia temporal de una fuente que primero viaja dentro de una nube densa y luego emerge a un medio ambiente de baja densidad. Este flujo tiene como resultado la producción de una estela que conecta la fuente con el punto del cual ésta emergió de la nube densa. Esta estela tiene una velocidad que depende linealmente de la posición.

ABSTRACT Relativistic, corkscrew jets are produced by some Galactic compact objects (notably, the SS433 outflow) and by some of the central monsters of quasars or AGN. As the result of arrival time-delay effects, the projections of the outflow locus onto the observed plane of the sky are remarkably different for the (blueshifted) jet and the (redshifted) counterjet. In terms of a ballistic, precessing jet model, we show that for a range of outflow parameters these relativistic effects correspond to apparent changes in: the orientation angle of the precession axis, the opening angle of the precession cone and the flow velocity. This description is appropriate for outflows with v/c ≤ 0.5.

RESUMEN Jets relativistas en forma de tirabuzón se producen por algunos objectos compactos galácticos (notablemente, el flujo de SS433) y por algunos de los monstruos centrales de cuásares y AGN. Como resultado de efectos de tiempos de arribo de la luz, las proyecciones de los flujos sobre el plano del cielo observado son llamativamente distintas para el jet (corrido al rojo) y para el contrajet (corrido al azul). En términos de un modelo de jet precesante balístico, mostramos que para un intervalo de parámetros del flujo estos efectos relativistas corresponden a cambios aparentes en: la orientación del eje de precesión, el ángulo de apertura del cono de precesión y la velocidad del flujo. Esta descripción es apropiada para flujos con v/c ≤ 0.5.

ABSTRACT We simulate the collapse of a turbulent gas cloud, in which we choose two sub-clouds. A translational velocity v L → or v R → is added, so that the sub-clouds move towards each other to collide. The radius and pre-collision velocity of the sub-clouds are chosen to be unequal, and both head-on and oblique collisions are considered. The simulations are all calibrated to have the same total mass and initial energy ratio α = 0.16, which is defined as the ratio of thermal energy to gravitational energy. We compare low-β models to a high-β models, where β is defined as the ratio of kinetic energy to gravitational energy. Finally, we consider the turbulent cloud to be under the gravitational influence of an object located far enough, in order to approximate the tidal effects by means of an azimuthal velocity Vcir added to the cloud particles apart from the translational and turbulent velocities mentioned above. We compare a low-Vcir model with a high-Vcir one.

RESUMEN Se simula el colapso de una nube turbulenta de gas con dos subnubes. Se agrega una velocidad traslacional v L → o v R → al que las subnubes se muevan una hacia la otra para chocar. El radio y la velocidad pre-colisión de las subnubes se escogen desiguales y se consideran colisiones frontales y oblicuas. Las simulaciones se calibran para tener la misma masa total y razón de energía inicial α = 0.16, definida como la razón de la energía térmica a la energía gravitacional. Comparamos modelos de baja-β y alta-β, con β igual a la razón de la energía cinética a la energía gravitacional. Consideramos también que la nube esté bajo la influencia gravitacional de un objeto lejano, para aproximar los efectos de marea por medio de una velocidad azimutal Vcir agregada a las partículas de la nube, además de las velocidades traslacional y turbulenta. Comparamos un modelo de baja-Vcir con uno de alta-Vcir.

ABSTRACT A matter bouncing entropy-corrected cosmological model has been suggested. The model allows only positive curvature with negative pressure and no violation of the null energy condition. The result obtained in this paper is supported by some recent theoretical works where the combination of positive spatial curvature and vacuum energy leads to non-singular bounces with no violation of the null energy condition. An important feature of the current model is that evolutions of the cosmic pressure, energy density and equation of state parameter are independent of the values of the prefactors α and β in the corrected entropy-area relation. The validity of the classical and the new nonlinear energy conditions has been discussed. The cosmographic parameters have been analyzed.

RESUMEN Sugerimos un modelo cosmológico con materia en rebote y entropía corregida. El modelo permite sólo curvatura positiva con presión negativa y no viola la condición de energía nula. El resultado que obtenemos se ve apoyado por trabajos teóricos recientes en los que la combinación de curvatura espacial positiva y energía de vacío conduce a rebotes no singulares sin violar la condición de energía nula. Un rasgo importante del modelo actual es que la evolución de la presión cósmica, la densidad de energía y el parámetro de la ecuación de estado son independientes de los valores de los prefactores α y β en la relación corregida entropía-área. Se discute la validez de las condiciones de energía clásica y de la nueva energía no lineal. Se analizan también los parámetros cosmográficos.