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Reconstruyen científicos de la UNAM el pasado del universo

Publicado por @Shinji_Harper el domingo, 1 marzo 2009
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* El máximo de generación estelar ya pasó, señala Vladimir Avila-Reese, del Instituto de Astronomía de la UNAM

 

* El investigador, junto con colegas italianos, busca recrear la historia espacial mediante la observación de los estallidos de rayos gamma

 

* En colaboración con científicos universitarios, realiza simulaciones numéricas para entender el proceso de formación de galaxias y estrellas en un contexto cosmológico

 

Por Emiliano Parra

 

Oaxaca, México.- “Las explosiones más potentes del cosmos ayudan a reconstruir el pasado del universo, tanto en lo que concierne a la actividad global de formación de estrellas y galaxias, como a la tasa de expansión del espacio”, comentó Vladimir Avila-Resse, del Instituto de Astronomía (IA) de la UNAM.

 

Así como los paleontólogos pretenden reconstruir el pasado de la vida valiéndose de fósiles, Avila-Resse y Claudio Firmani, del Observatorio Astronómico de Brera (OAB), buscaban “fósiles astronómicos” que ayudaran a recrear el ritmo de formación estelar global del universo. Estos vestigios vinieron a ser, literalmente, los cadáveres de estrellas masivas: los estallidos de rayos gamma (ERG).

 

Cintíficos de la UNAM en la búsqueda del pasado del universo

Cintíficos de la UNAM en la búsqueda del pasado del universo

 

Los ERG se manifiestan como destellos rápidos e intensos en los rayos gamma, con una secuela posterior (crepúsculo) en casi todas las frecuencias de la radiación electromagnética. Se estima que la mayoría corresponde a la muerte de estrellas de más de 25 masas solares y con alta rotación.

 

El núcleo de estas estrellas colapsa en un hoyo negro con un disco de acreción circundante, que colima chorros con energías equivalentes a cientos de trillones de soles juntos en cuestión de segundos, lo que hace que los ERG se puedan observar a cualquier distancia o –lo que es equivalente– a cualquier época en el pasado.

 

El universo se está apagando

 

La frecuencia de los ERG refleja el ritmo de formación de estrellas masivas. Sin embargo, la inferencia de dicha frecuencia no es directa a partir de los datos observacionales. Usando modelos adecuados, Avila-Reese y Firmani lo lograron. En trabajos publicados en los últimos años, los astrofísicos concluyeron que hacia el pasado los estallidos eran más luminosos y su tasa de ocurrencia más alta.

 

Cuando el universo tenía un tercio de su edad actual, esta tasa era 20 veces más alta que en el presente, incrementándose aún más hacia épocas tempranas. Conclusiones similares se habían obtenido con base en observaciones profundas en el espectro ultravioleta y óptico del Telescopio Espacial Hubble. En este caso, es posible no estar detectando gran parte de la radiación producida por las estrellas jóvenes, pues ésta pudo haber sido absorbida en su camino por gas molecular y polvo cósmico.

 

La formacion de estrellas y el polvo cósmico pista para investigar el universo

La formacion de estrellas y el polvo cósmico pista para investigar el universo

 

En contraste, con el método de Avila y sus colegas no existe ese inconveniente, pues los rayos gamma atraviesan densas nubes de polvo sin dificultad y proporcionan información “no filtrada” de cómo fue el universo en su infancia.

 

Además, los astrofísicos encontraron que la tasa de formación estelar hacia el pasado, inferida a partir de los estallidos, es mayor a la que se ve con el Telescopio Espacial. La pregunta es, ¿por qué?, y en general, ¿es posible entender cómo es que el ritmo global de formación de estrellas en el universo fuera tan alta en el pasado y cayera tanto hacia el presente?

 

Para dar respuesta a estas inquietudes, los colegas universitarios de Avila, Pedro Colín, Octavio Valenzuela y Enrique Vázquez-Semadeni, desarrollan simulaciones numéricas de formación y evolución de galaxias en el contexto cosmológico. En este plano, el molde donde el gas es atrapado para formar galaxias es la materia oscura.

 

El ensamblaje de las estructuras de materia oscura es  jerárquico: se forman primero las escalas pequeñas, que luego se agregan para integrar las más grandes.

 

Colín explica que las simulaciones, realizadas en supercomputadoras como la Kan Balam de la UNAM, además de seguir este proceso de agregación en un universo en expansión, consideran la hidrodinámica del gas atrapado por los moldes oscuros, su disipación, la formación de las galaxias, la transformación del gas en estrellas en su seno y la retroalimentación de ellas, en especial cuando explotan como supernovas o ERG, arrojando gas caliente dentro y fuera de su sistema.

 

El proceso de formación estelar es complejo y se considera un problema central y abierto de la astronomía. Varios astrónomos de la UNAM son líderes mundiales en este campo. Uno de ellos, Vázquez-Semadeni, aporta sus conocimientos para modelar este proceso en las simulaciones.

 

Al respecto, Valenzuela expresó: “Esperamos pronto simular, de manera realista, la formación estelar y su correspondiente retroalimentación al gas en las galaxias. Sólo entonces podremos entender qué determina la historia de formación estelar global del universo que muestran las observaciones, así como el proceso de ensamblaje de las galaxias mismas”.

 

¿Cómo se expande y de qué está hecho el universo?

 

“La astronomía es bella por ser multifacética e integradora” opina Avila-Reese. Y es que los mismos ERG que trazan la historia de formación estelar se pueden usar también como “faros” cósmicos capaces de indicar cómo cambia la regla de distancias con el tiempo, lo que permite inferir la cronología de su ensanchamiento.

 

El método para lograrlo fue desarrollado por Firmani, Avila y otros colegas del Observatorio Astronómico de Brera. En varias publicaciones en revistas de alto impacto, los científicos confirmaron que el universo aceleró su propagación en vez de seguir frenándose, desde que su edad era dos tercios de la actual; este resultado fue obtenido usando supernovas cosmológicas.

 

Aunque el método de los ERG ofrece menos precisión que el anterior (por el momento), es una prueba independiente única que además permite recrear cómo fue la expansión en épocas remotas y de las que no tendríamos información de otra manera.

La via láctea y sus misterios

La via láctea y sus misterios

 

La aceleración de la dispersión implica que en el universo, además de materia, hay un algo que, en vez de atraer gravitacionalmente, repele: la energía oscura. Todo indica que este medio constituye 75 por ciento del contenido actual del cosmos y entender “qué es” se ha vuelto una de las interrogantes más relevantes de la ciencia.

 

Los datos de Avila y colaboradores apuntan a que se trata de la constante cosmológica de Einstein, entendida hoy como una remanente del vacío cuántico de los albores del universo. Pero muchas más observaciones son necesarias para precisar cómo actuó este medio en el pasado y así dilucidar si se trata de la constante o de otras alternativas. Se propone incluso una revisión de las leyes fundamentales de la física, en particular de la gravedad, ante las incógnitas que desató el problema de la energía oscura. 

 

“En el IA se diseñan varios proyectos internacionales para estudiar a los ERG y sus crepúsculos. El sitio donde se localiza el Observatorio Astronómico Nacional, a cargo de la UNAM, es excepcional, y de saber explotarlo, la astronomía mexicana será protagonista de la revolución científica que se avecina” concluyó Vladimir Avila.

 

 

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