Boletín UNAM-DGCS-662
Ciudad Universitaria
 |
 |
 |
Pies de foto al final del boletín
DESARROLLAN EN LA UNAM MODELO MATEMÁTICO PARA DESCRIBIR ONDAS DE CHOQUE PRODUCIDAS POR EXPLOSIÓN DE ESTRELLAS
·
Serviría para generar un hoyo negro de
manera no natural, explicó Sergio Mendoza, del Instituto de Astronomía de la UNAM,
quien trabaja con el alumno Juan Carlos Hidalgo
·
Su trabajo será publicado en la revista
Physics of Fluids, y podría tener aplicaciones en laboratorio, donde ya se crea
un fenómeno llamado sonoluminiscencia
Sergio Mendoza, investigador del Instituto de Astronomía (IA) de la
UNAM, y el alumno Juan Carlos Hidalgo, desarrollaron el primer modelo
matemático para describir ondas de choque implosivas relativistas, similares a
las producidas durante la explosión de algunas estrellas masivas. Dicho
paradigma podría servir para generar por primera vez un hoyo negro de manera no
natural.
El trabajo, que será publicado en la revista Physics of Fluids, podría
tener aplicaciones en laboratorio, donde ya se crea un fenómeno llamado
sonoluminiscencia, consistente en mandar emisiones sonoras para producir
perturbaciones en una burbuja de gas atmosférico.
Se induce una compresión capaz de incrementar su temperatura, presión y
densidad, para generar una onda de choque implosiva, la cual eleva su calor
hasta radiar rayos ultravioleta por intervalos cortos de tiempo.
El astrónomo consideró que habían ya explicaciones para las explosiones
relativista y no relativista, así como para las implosiones no relativistas.
Faltaba, sin embargo, la descripción de las implosiones relativistas. “Lo que
nosotros hicimos fue analizar en detalle cómo procede ésta última”.
De este nuevo conocimiento, sostuvo, todavía se esperan aplicaciones
astrofísicas. “Queremos saber por qué los destellos de rayos gamma son tan
energéticos y cómo las ondas de choque
tienen densidades tan elevadas, de modo que quizá podamos generar un agujero
negro. Esta sería una de las primeras evidencias no naturales de cómo
producirlo” a través de fenómenos de alta energía.
Desde hace una década los especialistas pensaron en formular un modelo
relativista de implosiones. “Nadie lo había hecho, nosotros fuimos los
pioneros”, reconoció. Una vez con un método matemático se abre la posibilidad
de crear nuevos experimentos en laboratorio.
El reto más fuerte es utilizarlo en fenómenos astrofísicos. “Creo que
podemos justificar cómo se forma un agujero negro en tan poco tiempo y con tan
altas energías”. Hasta ahora se piensa que mediante ondas de choque se crean
estructuras compactas en el universo; pero en este fenómeno, del cual ni
siquiera la luz puede escapar, sería la más pequeña de todas, precisó.
Debido a que la solución matemática fue desarrollada para velocidades
cercanas a la de la luz, ahora “queremos hacer una generalización que funcione
para todas las velocidades disponibles, más lentas, como la de las partículas
de gas que se mueven detrás de la onda de choque, y eso nos dará una mejor idea
de cómo funciona. Aún hay mucho por entender”, reiteró.
El científico explicó que una explosión es la inyección de energía en
una región sumamente pequeña del espacio por un corto periodo de tiempo. Ello
hace que se generen densidad y presión alta y, en consecuencia, ondas de choque
y material en expansión.
Por el contrario, en una implosión no hay energía en un momento dado;
es como un pistón esférico que empuja al gas hacia el interior, lo cual genera
una onda de choque implosiva, agregó.
El primer modelo para determinar cómo evoluciona la onda de choque
observó que la expansión es autosimilar: a diversos tiempos se ve igual, pero
escalada, más grande o pequeña, recordó. El ruso Sedov utilizó la técnica
matemática de análisis dimensional y de autosimilaridad en 1944 para este
problema. Pero fue hasta la realización de los primeros ensayos nucleares que
se corroboró el comportamiento predicho.
Años después, Landau y Stanyukovich trabajaron la implosión.
Propusieron la autosimilaridad, donde el fenómeno se observa igual a todos los
tiempos, siempre y cuando se reescale la distancia de forma adecuada. Estas
ondas se aceleran hasta que, cuando ya están cerca de colapsar en un punto, su
velocidad se vuelve infinita, junto con la presión y densidad. Al alcanzar
valores comparables a los de la luz, debe tomarse en cuenta la teoría de la
Relatividad, detalló.
Algunas estrellas, con masa 10 veces mayor a la del sol, en la etapa
final de su vida se comprimen tanto que su presión y temperatura aumentan.
Registran tanta densidad que los núcleos atómicos se tocan. Cuando así sucede
se produce una explosión supernova, dijo.
En 1972, científicos de la Universidad de California aplicaron el
modelo de Sedov a una explosión, pero de manera relativista. “Eso es útil
porque en astronomía muchas veces estas explosiones son tan energéticas que el
material que se expulsa viaja a velocidades cercanas a la de la luz”,
consideró.
Sin embargo, no fue sino hasta finales de los 90 cuando la solución
relativista se aplicó para las explosiones más energéticas del universo, que
emiten destellos de rayos gamma. En ese tiempo, enumeró Sergio Mendoza, ocurren
muchos fenómenos: se forma un agujero negro, y a su alrededor un disco formado
del material de la estrella muerta que cae en una nube circular de gas, así
como dos jets que salen disparados desde el centro del objeto.
Ello es aún más complejo, indicó. Durante el estallido, además de la
onda de choque producto de la expansión de las capas externas de la estrella,
también se crea una onda implosiva que converge hacia el centro y que también
es relativista, o sea, de grandes velocidades.
Concluyó que, de forma similar a la expansión, el material es empujado
hasta que la contracción se acelera más y más. Cerca del punto de implosión, la
velocidad es casi la de la luz, la presión y la densidad se vuelven infinitas.
--o0o--
FOTO 1.
Investigadores de
la UNAM publicarán en la revista Physics of Fluids un estudio sobre ondas de
choque implosivas relativistas, que podría generar un hoyo negro de manera no
natural.
FOTO 2
Sergio Mendoza,
investigador del Instituto de Astronomía de la UNAM, y el alumno Juan Carlos
Hidalgo, desarrollaron un modelo matemático para describir ondas de choque
implosivas relativistas.