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ASTROFÍSICA NUMÉRICA Estudian las fuerzas que dan forma a las galaxias

Un equipo de investigadoras de CONICET y la Universidad Autónoma de Madrid analiza, mediante modelos matemáticos, los elementos que componen las galaxias y cómo diversas fuerzas determinan finalmente su aspecto.
Carolina Vespasiano (Agencia CTyS-UNLaM) – Elipses, discos con varios brazos, grandes esferas, extrañas y peculiares figuras. Desde que la Astronomía cuenta con los medios para hacerlo, ha logrado capturar una extensa y diversa colección de galaxias cuyas formas no terminan de encontrar explicación.

La astrofísica e investigadora de CONICET, Susana Pedrosa, se dedica, entre otras tareas, a estudiar el fino balance de fuerzas y propiedades dinámicas y químicas que determinan la morfología de las galaxias, desde su origen, formación e interacción con las galaxias vecinas.

“En particular, ahora estoy estudiando, mediante simulaciones numéricas y observaciones, los procesos que determinan una galaxia en forma de disco espiralado –como la Vía Láctea- o una galaxia elíptica, entre otros tipos”, expresó la investigadora en diálogo con la Agencia CTyS-UNLaM.

En un estudio realizado por la física Sara Ortega Martínez y dirigido por Pedrosa, las científicas determinaron el vector de rotación que el centro estelar o “bulbo” de dos galaxias modelo y sus discos más internos presentaban sobre un plano, y analizaron si había alguna relación entre estas propiedades físicas –conocidas como “momento angular”- y la morfología general de esas galaxias.

Para ello, tomaron dos galaxias centrales simuladas en el proyecto Eagle de la Universidad de Durham, en el Reino Unido, cuya función es aportar los patrones generales de esas formaciones cosmológicas. Después las compararon con observaciones empíricas, que permiten conocer más acerca de las maneras de rotación de galaxias reales. Con esos datos, detallaron las propiedades físicas internas de las galaxias simuladas, en función del paso del tiempo.

“La gran diferencia entre una galaxia de disco y una elíptica es la física que la sostiene. En una galaxia de disco, todo está sostenido por la rotación, está orbitando alrededor de un centro. En el caso de las elípticas, en cambio, se da una dispersión de velocidades, un movimiento más desordenado que es lo que finalmente contribuye a la estabilidad del todo”, explicó Pedrosa a la Agencia CTyS-UNLaM.

El momento angular es un vector que mantiene el movimiento de rotación en posición. En otras palabras, es lo que asegura que el plano de giro sea estable. A lo largo de la formación de la galaxia, esta fuerza puede verse afectada por los distintos fenómenos que ocurren durante la formación y la interacción de las estrellas.

En este estudio, las autoras observaron que, mientras los discos internos mantenían un momento angular fuerte, el bulbo –el gran grupo central de estrellas- tiene un momento angular más leve y se caracteriza más por la dispersión. Las variaciones del momento angular, en suma, pueden ayudar a contar la historia de la formación galáctica, y entender por qué variables acaba luciendo de tal o cual manera.

Cuando Ciencia (y) Ficción van de la mano
Salvando las enormes distancias, y con cierta ayuda de la imaginación, la simulación numérica del Cosmos se parece un poco a rodar y dirigir una película. El éxito, en este caso, no lo determina la taquilla, sino la capacidad que tenga el largometraje de explicar cómo se llegó al universo que se observa hoy.

A partir de ecuaciones fundamentales y diversos parámetros cosmológicos que dan forma a un “modelo” de universo, los astrofísicos numéricos van sumando aspectos físicos y químicos al “rodaje” que permiten verificar la abstracción con lo que sucede realmente en el espacio. Pedrosa lo resumió así: “Simulamos la formación de la estructura del universo a través del tiempo”.

De esa manera, la astrofísica numérica, que crece junto al desarrollo tecnológico y la capacidad de procesamiento de extensos paquetes de datos, permite comprender a partir de qué fenómenos se expandió ese gran cataclismo primario y dio lugar a la infinidad de galaxias que hoy existen, con sus formas, tamaños, danzas y trayectorias.

“Básicamente, tomamos los datos que provee determinado modelo, y que fueron extraídos de observaciones de, por ejemplo, la radiación cósmica y las leyes que describen al universo, como la gravedad. Con eso, complejizamos el sistema con aún más parámetros, como el del comportamiento del gas, que nos permitirán representar la evolución posible del cosmos en cada etapa”, describió Pedrosa.

En otras palabras, una vez que se da inicio a la “película”, los investigadores le dan pausa en distintos estadios y verifican las condiciones de temperatura del gas, el polvo y la materia oscura de determinado fragmento del mapa cosmológico.

En función del estado de ese ecosistema, irán añadiendo “escenas”: por ejemplo, la formación de estrellas que, si son muy masivas, posteriormente estallarán en supernovas que, luego, devolverán material al ambiente con el que se crearán otras estrellas. En suma, se trata de una edición permanente y, con el apoyo de la tecnologìa, cada vez más detallada.

“Hay distintos códigos para simular la formación de galaxias y sus estructuras. La gracia está en cuánta física se le puede añadir a ese código para tener modelos más fidedignos”, agregó la investigadora del Instituto Astronomía y Física del Espacio de la UBA (IAFE).

Luz, Cámara, Agujeros negros
Si hay alguien que conoce a la perfección las bondades de la astrofísica numérica y la simulación, ese es el director de cine Christopher Nolan. Aclamado por la trilogía de películas de Batman, The Dark Knight, Nolan logró otro de los picos de su carrera con el largometraje Interstellar (2014).

En esta película, la escena en la que Cooper (Matthew McConaughey) se dirigen hacia un imponente agujero negro, con el fin de atravesarlo y acelerar su viaje, no es ni más ni menos que la representación visual de una simulación numérica desarrollada por el físico teórico Kip Thorne, quien corrió sus modelados matemáticos ya no en un centro universitario, sino en las granjas de renderizado de Hollywood.

Otro aspecto en común entre ciencia y, en este caso, el mundo del cine, tiene que ver precisamente con cuestiones técnicas. Tanto la escena en alta definición de los avatares del espacio como las mismas simulaciones cosmológicas dependen, para su mejoría, de capacidad de cómputo y procesamiento. En este aspecto, Pedrosa aseguró: “Hemos avanzado mucho en estas décadas y seguramente avances como la computación cuántica abrirán nuevos horizontes”.

Fuente: Agencia CTyS

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