Nessa linha são desenvolvidos projetos de pesquisa que versam sobre vários temas envolvendo a teoria da relatividade geral e suas aplicações, a astrofísica, a cosmologia, a física dos buracos negros, teorias alternativas de gravitação, e a intersecção entre essas disciplinas, a física das partículas elementares e a física nuclear. Alguns desses temas são:- soluções exatas das equações de Einstein-Maxwell em espaços de dimensões arbitrárias, com ênfase em soluções tipo buracos negros e estrelas extremas com carga elétrica e rotação, e investigação da possível relação com as teorias de unificação das interações fundamentais;
- estudo da estabilidade, das perturbações e dos modos quase-normais de vibração de buracos negros carregados e com rotação, com o estudo da produção de ondas gravitacionais;
- estudo de possíveis generalizações relativísticas da termodinâmica, e de analogias e efeitos que surgem na junção das disciplinas de relatividade e termodinâmica, com ênfase em termodinâmica dos buracos negros, radiação de Hawking e anomalias do traço;
- estabilidade de soluções exatas de discos estelares no contexto da relatividade geral, via perturbação de primeira ordem no tensor de energia momento do disco;
- formação de estruturas via a função de distribuição de partículas, usando como condições iniciais discos que satisfaçam simultaneamente a equação de Poisson e a equação de Fokker-Planck, envolvendo estudos da estabilidade e evolução, os quais envolvem grandes problemas computacionais a serem resolvidos;
- estudo de teorias e modelos cosmológicos que dêem conta dos problemas da matéria escura e da energa escura, passando pelo estudo de teorias alternativas da gravitação (como teorias do tipo tensor-escalar e suas generalizações, MOND, etc.) e por modelos cosmológicos que vão além do modelo padrão (quartessência, quintessência, etc.);
- investigação da estrutura e evolução de estrelas compactas (estrelas de nêutrons, pulsares, buracos negros, estrelas de quarks), e de supernovas e surtos de radiação gama (GRBs, SGRs);
- estudo de campos magnéticos e supercondutividade em estrelas compactas, ondas de choque e processos de combustão em astrofísica, transições de fase cosmológicas, e áxions no contexto astrofísico e cosmológico;
- estudo da equação de estado da matéria a altas densidades, diagrama de fases da QCD, supercondutividade de cor, modelos fenomenológicos para
a QCD a densidade finita.
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