DESARROLLAN EN LA UNAM MODELOS NUMÉRICOS PARA EXPLICAR TURBULENCIA EN PARTES EXTERNAS DE GALAXIAS

· Alfredo Santillán, de la DGSCA, y Javier Sánchez-Salcedo y José Franco, del Instituto de Astronomía, simularon una lluvia de nubes de gas que golpea los extremos de un disco galáctico, dando origen a vórtices o remolinos

· Esto permite entender cómo evolucionan las zonas externas de galaxias espirales semejantes a la nuestra

· El trabajo fue dado a conocer en Astrophysical Journal Letters

Científicos de la Dirección General de Servicios de Cómputo Académico (DGSCA) y del Instituto de Astronomía (IA) de la UNAM, desarrollaron modelos numéricos bidimensionales y simulaciones en computadora para explicar la turbulencia que se produce en las orillas de las galaxias.

El proceso, completamente innovador, consiste en reproducir una lluvia de nubes de gas que de manera constante golpean la parte externa del disco galáctico, que se agita y forma vórtices o remolinos bien definidos, característicos de un medio turbulento.

De esta investigación y gracias a la simulación numérica se han derivado productos académicos como tesis de licenciatura, maestría y doctorado, además de artículos científicos, el más reciente publicado en junio en Astrophysical Journal Letters.

José Franco, director del IA, explicó que este ejercicio permite entender cómo evolucionan regiones como esta galaxia. “Se ha especulado sobre cuántas nubosidades hay allá afuera, con las que puede interactuar. Los modelos de formación de estructura en el universo predicen un número gigantesco, aunque se cree que no son tantas”.

Independientemente de ello, abundó, una consecuencia lógica y natural de su presencia y relación es que los cuerpos galácticos les inyectan energía, lo que mantiene agitado al gas e inhibe la generación de estrellas en esas áreas. Si no se moviera, por atracción gravitacional se colapsaría y formaría más soles, pero al energizarlo se mantiene alterado y eso inhibe la constitución estelar en esa zona.

Para que esa turbulencia se mantenga por tiempos largos debe haber “algo” que agite el gas; de otra forma el movimiento decaería. Se requiere de alguna fuente de energía que perturbe de manera continua ese material cósmico, añadió.

En contraste, en las zonas internas de la galaxia, el gas se mueve de forma caótica porque hay muchas estrellas con vientos, radiación y algunas de ellas incluso explotan como supernovas. Toda esta fuerza es inyectada en forma de radiación o movimientos mecánicos, haciendo que se agite. Pero en las zonas externas, el origen de la turbulencia era una pregunta abierta, expuso.

José Franco, junto con Alfredo Santillán, de la DGSCA, y Javier Sánchez-Salcedo, también del IA, propusieron que las nubes de gas extragalácticas que son jaladas por la fuerza gravitacional de la Vía Láctea, podrían estar golpeándola. “Al llegar, pegan y “baten” el gas tanto de zonas internas como externas, pero en las primeras esa energía podría no ser importante. Para las segundas, donde no hay soles recién formados, se convertiría en una fuente continua de agitación, de turbulencia”, detalló.

Las simulaciones numéricas, expresó el director, son modelos de computadora que reproducen la evolución de un evento. Son una herramienta poderosa, en especial, para explicar fenómenos que por su duración sería imposible registrar o con los cuales no se puede experimentar, por ejemplo, el choque de dos galaxias.

José Franco aclaró que ese hecho tarda en disiparse, entre uno y 10 millones de años, de acuerdo con las características de cada región. Aunque en tiempo humano es mucho, para la vida de la Vía Láctea es un suspiro. Se disipan rápidamente.

Para validar su idea, los universitarios utilizaron un código numérico para simular el disco de esta galaxia y nubes que la golpearan. “Los resultados obtenidos fueron halagadores porque, en efecto, ellas sí pueden generar esa turbulencia, esos movimientos caóticos para los cuales no había explicación”, afirmó Alfredo Santillán.

Se usó un código magnetohidrodinámico (MHD)–que describe cuál es la dinámica de los fluidos con campo magnético– y se tomaron en cuenta variables como densidad, presión, temperatura, velocidad, campo magnético, en diferentes posiciones y tiempos, precisó.

En la simulación se modela la parte externa de la Vía Láctea por medio de un sistema plano paralelo, dijo.

Cuando comienza la lluvia aleatoria de nubes, unas pequeñas y otras más grandes y a diferentes ritmos, se observa la formación de remolinos, la agitación del gas. Así, en unos cuantos segundos de “película” es posible observar millones de años de evolución, imposible de ser vista de otro modo, refirió.

La simulación, precisó Alfredo Santillán, es resultado de millones de operaciones matemáticas por segundo que se lograron tanto en las computadoras del IA como en KanBalam. Ahí se divide el espacio en pequeñas cuadrículas. Las ecuaciones MHD que involucran variables como la temperatura, densidad, velocidad o campo magnético se resuelven millones de veces para cada uno de los vértices de esa “malla”.

Es decir, se hacen cálculos para diferentes tiempos, para varios lugares o puntos, por lo que se necesita una gran capacidad de cómputo, cuyas mejoras son espectaculares y lo que se hizo en un mes de supercómputo hubiera tomado años, o incluso, hubiera sido imposible, finalizó José Franco.

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José Franco, director del IA de la UNAM, dijo que las simulaciones numéricas son una herramienta poderosa para explicar fenómenos que por su duración sería imposible registrar.

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Alfredo Santillán, de la DGSCA de la UNAM, dijo que los universitarios reproducen una lluvia de nubes de gas que golpean la parte externa del disco galáctico, que se agita y forma vórtices bien definidos.

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Alfredo Santillán, de la DGSCA, y José Franco, director del IA de la UNAM, desarrollaron modelos numéricos y simulaciones de cómputo para explicar la turbulencia producida en las orillas de las galaxias.