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| Representación de un agujero negro a partir de simulaciones numéricas desarrolladas por el Dr. Kip Thorne en la película Interstellar (2014). |
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.
Por Carolina Vespasiano
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.
Galaxia de disco de la muestra Eagle estudiada por las investigadoras. La imagen de la izquierda muestra la distribución de estrellas desde un plano cenital y, la de la derecha, desde un plano de canto.
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-UNLaM