Estudian estrellas jóvenes mediante simulaciones matemáticas

UNAM/DICYT Estudiar objetos gigantes, de la dimensión de una estrella y hasta de una galaxia, es un reto para los científicos, pero lo es más, si los astros no se analizan observándolos directamente con un telescopio, sino indagando algunos de sus elementos con matemáticas y computación. Por un atajo original y complejo, el astrónomo Alejandro Raga Rasmussen, investigador del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), ha encontrado en las simulaciones matemáticas un abordaje novedoso para “tomarle el pulso” a dos elementos característicos de las estrellas nacientes y jóvenes: los discos de acreción y los flujos bipolares.

Un disco de acreción es una estructura que rodea a una estrella en formación; su función es nutrir al cuerpo central y contribuir al aumento de su masa. En tanto, los flujos bipolares (o jets) son chorros de gases que la estrella lanza al medio interestelar mientras se forma. Parte de la materia que constituye a un nuevo cuerpo celeste es expulsada en forma de chorros bipolares, que salen simultáneamente del centro del astro hacia dos lados opuestos.

La simetría entre ambos flujos, y su relación entre dos astros que componen un sistema llamado de “estrellas binarias”, son parte de la materia de trabajo de Raga, quien analiza estas características en cuadrículas matemáticas.

Del espacio a la simulación

En el Departamento de Física de Plasmas y de Interacción de Radiación con la Materia, Alejandro Raga y su grupo abordan las formas, simetrías y direcciones de esos flujos bipolares para indagar la formación de las estrellas a través de la dinámica de gases.

En la conferencia “Simetrías especulares y de punto en flujos bipolares”, ofrecida en el auditorio Tlayólotl del Instituto de Geofísica (IGf), Raga explicó que, desde 1995, ha desarrollado simulaciones numéricas para estudiar esos flujos astrofísicos.

Con su modelo aborda, por ejemplo, la teoría del transporte radiativo, o teoría de la radiación, herramienta matemática que ayuda a entender la interacción de la materia y la energía. “Desde 1995, en mi grupo desarrollamos el Código Coral, para estudiar la dinámica de gases, la química y el transporte radiativo. Para el año 2000 avanzamos con Yguazú, modelo que incluyó malla adaptativa en dos y tres dimensiones”, recordó.

A partir de 2008, Raga y sus colaboradores utilizan varios códigos, como MHD y Walicxe para indagar, con nuevos algoritmos y transporte radiativo, problemas astrofísicos de alto nivel. “Nuestros códigos funcionan como una cuadrícula con dos mil celdas, donde se representan mil iones por centímetro cúbico”, señaló.
Para su investigación, que requiere gran capacidad de cómputo, el astrónomo utiliza un grupo de computadoras que trabajan de manera paralela con 100 cores y memoria RAM distribuida.

Con la teoría de la dinámica de gases, el investigador del ICN explica varios fenómenos que involucran fluidos con velocidades altas. “Para entender las propiedades de estos flujos hemos desarrollado un modelo analítico para poder comparar el modelo con las observaciones. Para eso utilizamos simulaciones numéricas”, finalizó Raga, mientras mostraba representaciones gráficas del momento de la eyección de chorros de gas durante la formación de una estrella.