La danza del cazador: primeras simulaciones computacionales del movimiento de estrellas y filamentos de gas en la constelación de Orión

De las grandes regiones de formación estelar en nuestra Galaxia, la nebulosa de Orión es la más cercana a nosotros. Ésta se ubica dentro de la constelación de Orión, la cual los antiguos griegos veían como el Gran Cazador. Esta nebulosa alberga un gran cúmulo estelar en formación dentro de un filamento de gas masivo. Las estrellas jóvenes que todavía se están formando dentro de Orión pueden ser afectadas por los movimientos del gas.

Usando observaciones hechas por el telescopio espacial Herschel y por el proyecto APOGEE, la Dra. Amelia Stutz había descubierto previamente una pista sobre una posible conexión entre los movimientos de las estrellas y de los filamentos del gas. Propuso que estos filamentos de gas podrían ser entidades dinámicas, que podrían mostrar movimientos periódicos, es decir, pareciera que “los filamentos están bailando". Como resultado, las estrellas jóvenes dentro del filamento experimentarían aceleraciones periódicas, muy similar a lo que sienten los pasajeros en horario punta en un autobús que frena y acelera. Las estrellas podrían entonces ser expulsadas con la huella de la velocidad del filamento de gas. Este fenómeno se ha denominado mecanismo “Slingshot".

En esta nueva investigación, titulada "Eyecciones dinámicas de estrellas debidas a un filamento de gas en aceleración", se proporciona el primer estudio del mecanismo “Slingshot” utilizando simulaciones computacionales de vanguardia. El estudio, llevado a cabo por académicos de la Universidad de Concepción, consistió en realizar simulaciones de un filamento de gas oscilante con el objetivo de determinar qué efecto tiene el movimiento del gas sobre las estrellas que nacen dentro del filamento.

"Nuestro principal hallazgo es la confirmación de que un filamento oscilante puede, de hecho, aumentar dramáticamente las velocidades de las estrellas debido a la gran aceleración del filamento de gas. Por otro lado, un filamento de gas sin movimiento no reproduce las velocidades de las estrellas", explica la Dra. Stutz.

Uno de los investigadores que fue parte del estudio, el Dr. Michael Fellhauer, agrega que “también damos una predicción muy precisa de qué tan rápido y con qué amplitud el filamento tiene que oscilar para obtener las velocidades de las estrellas que observamos. En otras palabras, nuestros modelos dan ‘los pasos de la danza’ y el ‘compás del filamento’”.

La investigación será publicada en la revista “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”, entregando así nuevas ideas respecto al papel fundamental del gas sobre un joven cúmulo de estrellas. Estos resultados representan un primer e importante paso en el desarrollo de un nuevo modelo físico de la formación de cúmulos de estrellas.

Para más detalles sobre la investigación:

- Video simulación: https://www.youtube.com/watch?v=-CY1IwXpBhk

- Artículo: https://arxiv.org/abs/1704.00720

Ilustración del mecanismo "Slingshot"

Los cinco paneles representan una secuencia temporal (de izquierda a derecha) de una simulación de un filamento de gas con estrellas jóvenes.  La densidad del filamento de gas es representada por el rojo (más oscuro es menos denso), mientras que las estrellas son representadas por los puntos blancos.  La escala de las imágenes es dada por la línea verde en el panel de la izquierda, que representa una distancia de diez billones de kilómetros, aproximadamente la distancia que la luz recorre en un año.  El primer panel muestra las posiciones iniciales de las estrellas que nacen a lo largo del filamento de gas.  En el segundo panel, vemos que el filamento se mueve hacia la derecha, arrastrando a las estrellas junto a él.  El tercer panel muestra que algunas estrellas se alejan del filamento.  Éste comienza a detenerse, pero algunas estrellas tienen una velocidad relativamente alta y no son capaces de reducir su velocidad junto con el filamento.  En el cuarto panel, el filamento ha cambiado su dirección y ha comenzado a moverse de vuelta a su posición inicial.  Una fracción de estrellas ha sido eyectado por el filamento, mientras que el resto aun lo sigue.  En el último panel, observamos una distribución de estrellas que está mucho más dispersa, comparado con el primer panel.  Así, hemos demostrado que un filamento oscilante puede, efectivamente, dispersar las estrellas jóvenes, tal como es observado en la nebulosa de Orión.

Jueves, 22 Junio 2017

Profesor Fernando Izaurieta realizará estadía de investigación en Norteamérica

Docente del Departamento de Física de la Universidad de Concepción

El doctor en Ciencias Físicas y profesor del Departamento de Física de la Universidad de Concepción, Fernando Izaurieta Aranda, realizará un importante viaje a México y Estados Unidos, en el cual participará en diversas actividades.

Serán aproximadamente 20 días, en los que Izaurieta estará fuera de Chile, ya que espera volver a mediados de julio. “Lo que quiero hacer es acabar un par de artículos de estudiantes, que están ahora realizando el magíster y que son parte de este proyecto, ya que de esta manera queremos estimular el desarrollo científico en la Facultad y ayudar a nuestros estudiantes”, indicó.

La primera parada del docente será en la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). “Será una estadía de investigación en varios lugares. Partiré en México, en una de las mejores universidades de Latinoamérica, donde estaremos realizando un trabajo sobre materia oscura y torsión, esperando que resulte ese estudio”, señaló.

El viaje del profesor del Departamento de Física de la Universidad de Concepción continuará en Estados Unidos. “También voy Cambridge, donde se realizará un congreso para celebrar el 75° cumpleaños de Stephen Hawking, y es una instancia que quiero aprovechar porque no todos los años se realizan este tipo de actividades”, enfatizó Izaurieta.

Sin embargo, la travesía del académico por el país norteamericano no termina en Cambridge. “Luego voy a Berkeley, donde seguiré haciendo investigación pero con un tema relacionado a ondas gravitacionales. Ahí la idea es aprender y calcular cosas nuevas, trabajar de la forma más interesante posible”, agregó.

Le deseamos al profesor Fernando Izaurieta Aranda mucho éxito en su viaje y esperamos que tras su retorno a nuestro país pueda compartir su experiencia junto con nosotros y el alumnado.

Miércoles, 21 Junio 2017

Astrónomos precisan factor clave para determinar expansión del Universo

En la investigación, aceptada y próxima a aparecer en la revista The Astrophysical Journal, participó el astrónomo de la Universidad de Concepción e investigador del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines CATA, Wolfgang Gieren.

Establecer una escala precisa que permita medir distancias en el Universo es uno de los grandes desafíos que han tenido los científicos hasta ahora. Un método que ha tenido exitosos resultados es el que combina supernovas con las estrellas pulsantes cefeidas, el que además permite determinar con precisión la constante de Hubble, que mide la expansión del Universo.

Sin embargo, a pesar de su éxito, el método supernovas-cefeidas ha tenido una piedra de tope, que corresponde a cómo influyen en las mediciones la relación de las luminosidades de las estrellas cefeidas con su composición química, es decir, su metalicidad. Asimismo, también está el problema de que el valor de la constante de Hubble, obtenido por este método, parece tener una diferencia significativa con el valor determinado por el estudio del satélite Planck actualmente en funcionamiento, el cual mide las fluctuaciones del fondo cósmico de microondas, el vestigio más lejano que conocemos de la explosión del Big Bang.

Por todo ello entonces, según Wolfgang Gieren, académico del Departamento de Astronomía de la Universidad de Concepción e investigador asociado del Instituto Milenio de Astrofísica y del Centro de Excelencia en Astrofísica y Tecnología Afines (CATA), se requiere que se establezca una máxima precisión en el método que utiliza las estrellas cefeidas, considerando la dependencia a la metalicidad que tienen. Con ello se podrá dilucidar si la constante de Hubble es certera, y si estas diferencias con las mediciones de la sonda Planck tienen este u otro origen.

Aunque investigaciones anteriores aún no han sido claras para precisar este punto, un reciente estudio del investigador, junto con su equipo formado por los astrónomos Piotr Wielgorski, Grzegorz Pietrzynski y Dariusz Graczyk del Departamento de Astronomía de la Universidad de Concepción, ha cambiado la situación. El informe destaca que la investigación demuestra en forma muy clara y precisa que ésta dependencia entre las luminosidades de las cefeidas y su metalicidad es muy cercana a cero, es decir, no es relevante para la medición de las distancias del Universo ni para determinar la constante de Hubble. Por lo tanto, al medir la distancia de una galaxia lejana con el método que utiliza las cefeidas, este siempre arrojará resultados muy exactos, independiente de la metalicidad de las cefeidas en tal galaxia lejana que usualmente es desconocida.

“Nuestra reportada determinación del efecto de metalicidad es muy precisa (3%), unas 10 veces más precisa que otros trabajos en la literatura, y representa un gran paso hacia la meta de medir la constante de Hubble a partir del método cefeidas – supernovas con una precisión lo suficientemente alta para entender si la discrepancia con el valor obtenido por la misión Planck es real o no. De ser real, esto podría tener consecuencias para nuestros actuales modelos cosmológicos”, señala el autor de la investigación.

Las Nubes de Magallanes

El estudio será publicado en la revista The Astrophysical Journal, en él se utilizaron las abundantes poblaciones de estrellas cefeidas de las dos Nubes de Magallanes para las cuales las relaciones de su periodo de pulsación con su “magnitud aparente” son bien conocidas. “Las metalicidades de las cefeidas en las dos Nubes de Magallanes se conocen con mucha precisión y son lo suficientemente diferentes para testear el efecto que esta diferencia en metalicidad tiene sobre la relación entre los períodos de pulsación y la luminosidad que cumplen las Cefeidas, y que es el instrumento que usamos para medir sus distancias”, explica Gieren.

Las cefeidas utilizadas en el estudio fueron catalogadas por el proyecto OGLE en Chile que los observó en la luz visible, y por la Infrared Survey Facility (IRSF), proyecto japonés llevado a cabo en Sudáfrica que observó las mismas Cefeidas en luz infrarroja. El equipo del investigador del MAS está colaborando estrechamente con investigadores de ambos proyectos.

“Comparando las distancias de las dos Nubes de Magallanes derivadas a partir de sus respectivas cefeidas en diferentes bandas fotométricas, con aquellas derivadas con una gran precisión a partir de estrellas binarias eclipsantes en ambas Nubes que estudiamos previamente en 2013 y 2014, hemos podido establecer que las luminosidades, o magnitudes absolutas de las Cefeidas tienen una dependencia de sus metalicidades que es compatible con cero, particularmente en el rango fotométrico del infrarrojo cercano en el cual las mediciones de las distancias a galaxias con Cefeidas entregan la mayor precisión”, destaca Wolfgang, y agrega que “este resultado nos acerca a la gran meta de medir la constante de Hubble con una precisión del 1%, un sueño que los astrónomos tienen desde casi un siglo cuando Edwin Hubble descubrió la expansión del Universo”.

Un resultado que posiblemente también impone un nuevo desafío para los especialistas, pues implica que puede ser necesario revisar algunos aspectos de los modelos cosmológicos utilizados por el grupo científico de la misión Planck en su cálculo del valor de la constante de Hubble.

La investigación ya se encuentra disponible en Arvix, para verlo revise la siguiente dirección web https://arxiv.org/pdf/1705.10855.pdf

Wolfgang Gieren, astrónomo de la Universidad de Concepción e investigador del Centro de Astrofísica, CATA.

Relaciones periodo-luminosidad de las Cefeidas en la Gran Nube de Magallanes, en diferentes bandas fotométricas en el rango óptico e infrarrojo.

Fuente Imagen: Nube Grande de Magallanes y texto: Núcleo de Astrofísica MAS

Jueves, 15 Junio 2017

Segunda edición de Tetraktys

Festival de Matemática

Segunda edición de Tetraktys

Con la participación de 200 niños se desarrolló la segunda edición del Festival de Matemática Tetraktys. La actividad, organizada por la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, y que contó con la colaboración de las carreras de Licenciatura en Matemática, Ingeniería Civil Matemática e Ingeniería Estadística de la Universidad de Concepción, reunió a 17 colegios de la Región del Biobío.

Quien valoró la realización de Tetraktys en su segunda edición, fue Mónica Selva, jefa de carrera de Ingeniería Civil Matemática. “Gracias a la experiencia del año pasado esta versión estuvo mejor organizada, y si bien se inscribió una cantidad similar de niños en relación al primer festival, espero que sigan participando en este tipo de actividades y se sigan interesando en la matemática”, comentó.

Por su parte, el decano de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, Roberto Riquelme, valoró la concurrencia y entusiasmo de los colegios inscritos. “Estamos muy contentos de la respuesta de los colegios y de los alumnos, de la buena organización en esta segunda edición y del nivel de los participantes. Nos encanta tener nuestra facultad con tantos jóvenes participando y que ellos se acerquen a la matemática”, indicó.

Tres equipos obtuvieron medalla de oro en la segunda versión de Tetraktys, uno de ellos fue el grupo formado por Francisca Oñate, Juan Ignacio Constenla y Pablo Reyes, del Colegio Concepción Chillán, recinto que nuevamente destacó en el festival. “Este año estuvo más difícil, habían más preguntas y estábamos un poco tensos. Es emocionante ver a tanta gente participar y estamos algo impactados, de verdad no pensamos que podríamos ser de los mejores”, señalaron entre risas.

Con la realización de la segunda versión de Tetraktys, la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas marca un hito y espera acercar sus áreas de trabajo y conocimiento a más jóvenes y niños. “Agradecemos a todos los jóvenes que fueron parte de este festival y esperamos volver a recibirlos pronto. De nuestra Facultad están saliendo tremendos profesionales y las puertas están abiertas para todos quienes se interesan por la matemática”, destacó Roberto Riquelme, decano de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas.

En esta segunda versión contamos con el apoyo de Rendibú, una empresa local que respaldo la iniciativa participando con su servicio. “Ver el apoyo de empresas locales a iniciativas como el Festival de Matemáticas Tetraktys nos llena de orgullo, y nos valida como iniciativa. Además genera lazos importantes porque la idea es cooperarnos y apoyarnos, en futuras instancias” comenta Valeria Vásquez encargada de Comunicaciones de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas.

Los equipos que obtuvieron medalla de oro en la segunda edición de Tetraktys fueron; el equipo 21 del Deutsche Schule Concepción, el equipo 38 del Instituto Santa María de San Carlos y el equipo 54 del Colegio Concepción de Chillán. Mientras. La presea de plata fue conseguida por el equipo 43 del Liceo Bicentenario de Excelencia Polivalente San Nicolás, el equipo 49 del Centro Educacional Evangélico de Hualpencillo y los equipos 53 y 57 del Colegio Concepción de Chillán.

Y por último, quienes alcanzaron la medalla de bronce fueron: el equipo 16 del Colegio Fraternidad, el equipo 20 del Thomas Jefferson School, el equipo 39 del Charles de Gaulle y los equipos 55 y 56 del Colegio Concepción de Chillán.

Martes, 13 Junio 2017