Tres científicos del Instituto Niels Bohr (NBI), Universidad de Copenhague, han llevado a cabo extensas simulaciones por ordenador relacionadas con la formación de estrellas. Concluyen que los modelos idealizados actuales faltan cuando se trata de describir detalles en el proceso de formación de estrellas. "Con suerte, nuestros resultados también pueden ayudar a arrojar más luz sobre la formación de planetas, "dice Michael Küffmeier, astrofísico y jefe del equipo de investigación.

Para explicar los conceptos básicos de la formación estelar, se pueden usar modelos simples:formas geométricas simples que son fáciles de entender y relacionar.

Pero aun así, incluso cuando modelos tan simples pueden explicar los principios básicos en funcionamiento, es posible que todavía falten en lo que respecta a los detalles cuantitativos, que es exactamente lo que demuestran tres investigadores del Centro para la Formación de Estrellas y Planetas en el NBI en un artículo científico que acaba de publicarse en The Diario astrofísico .

Los científicos llevaron a cabo simulaciones por computadora de la formación de cientos de estrellas, de las cuales nueve estrellas cuidadosamente seleccionadas, representando varias regiones en el espacio, fueron elegidos para un modelado más detallado, explica el astrofísico Michael Küffmeier, jefe del proyecto, que también es una parte importante de su doctorado. disertación.

Küffmeier planeó y llevó a cabo la investigación en cooperación con los colegas del NBI, el profesor Åke Nordlund y el profesor titular Troels Haugbølle, y las simulaciones muestran que la formación de estrellas está de hecho muy influenciada por las condiciones ambientales locales en el espacio. dice Küffmeier:"Estas condiciones, por ejemplo, controlan el tamaño de los discos protoplanetarios, y la velocidad a la que tienen lugar las formaciones estelares, y ningún estudio científico ha demostrado esto antes ".

Computadoras trabajando las 24 horas del día

Según el modelo clásico, una estrella se forma cuando un núcleo prestelar, una acumulación redondeada que contiene aproximadamente un 99 por ciento de gas y un 1 por ciento de polvo, colapsa debido al "sobrepeso". Posteriormente, se forma una estrella en el centro del colapso - seguido, como resultado del momento angular, por la formación de un disco de gas y polvo que gira alrededor de la estrella.

"Este es el disco protoplanetario de la estrella, y se cree que los planetas se forman en tales discos; el planeta Tierra no es una excepción, "dice Michael Küffmeier.

Pero, ¿cómo lograron los investigadores del NBI detallar este modelo? La respuesta está estrechamente relacionada con las simulaciones por computadora de última generación:alimentas algunas de las computadoras más potentes disponibles con una "carga" de información casi insondable y las dejas trabajar durante todo el día durante meses. Y luego, Michael Küffmeier dice:puede tener la suerte de poder poner a prueba incluso conceptos establecidos:

"Comenzamos estudiando el paso antes de los núcleos prestelares. Y cuando lo intentas a través de simulaciones por computadora, inevitablemente tendrás que lidiar con las nubes moleculares gigantes, que son regiones en el espacio densas en gas y polvo; regiones, donde tiene lugar la formación de estrellas ".

Una nube muy voluminosa

Una nube molecular gigante se llama 'gigante' por una razón:simplemente tome la nube molecular gigante que estudiaron los tres investigadores del NBI. Si observa de cerca esta nube y, por razones computacionales, decide examinarla 'comprimiéndola' en un modelo cúbico, que es lo que hicieron los investigadores:terminas con un cubo que mide 8 millones de veces la distancia entre el Sol y la Tierra en todos los lados. Y si haces esa multiplicación, el resultado final será más cifras de las que la mayoría de los cerebros pueden comprender vagamente, ya que la distancia del Sol a la Tierra es de 150 millones de kilómetros.

Los investigadores del NBI observaron de cerca nueve estrellas diferentes en esta nube molecular gigante - "y en cada caso reunimos nuevos conocimientos sobre la formación de esta estrella en particular, "dice Michael Küffmeier:

Formación de estrellas en una nube molecular gigante. Los pequeños puntos blancos representan estrellas en la simulación por computadora.

"Como trabajamos en diferentes regiones de una nube molecular gigante, los resultados de las estrellas examinadas revelaron diferencias en, por ejemplo, formación de disco y tamaño de disco que se puede atribuir a la influencia ejercida por las condiciones ambientales locales. En este sentido, hemos ido más allá de la comprensión clásica de la formación estelar ".

El equipo de NBI tuvo acceso a supercomputadoras, una gran cantidad de computadoras individuales conectadas en redes, algunas en París, y algunos en Copenhague en el H.C. Ørsted Institute de la Universidad de Copenhague. Y las máquinas realmente se pusieron a trabajar, dice el profesor titular Troels Haugbølle, uno de los coautores de Michael Küffmeiers:

"Estos cálculos fueron tan extensos que si imagina que las simulaciones que describen la formación de solo una de las estrellas se llevarían a cabo en una sola computadora portátil, la máquina tendría que funcionar 24 horas al día, 7 días a la semana durante la mayor parte de 200 años ".

Apoyado por observaciones

Basado en las simulaciones por computadora, Los tres científicos del NBI han estudiado en particular la influencia de los campos magnéticos y la turbulencia, factores que se considera que juegan un papel importante en la formación de estrellas. Esto puede, añade Michael Küffmeier, ser una de las razones por las que los discos protoplanetarios son relativamente pequeños en algunas regiones de una nube molecular gigante:

"Podemos ver lo importante que es el medio ambiente para el proceso de formación de estrellas. Por lo tanto, hemos iniciado el camino para hacer realistas, modelos cuantitativos de la formación de estrellas y planetas, y seguiremos profundizando en esto. Una de las cosas que nos gustaría examinar tiene que ver con el destino del polvo en los discos protoplanetarios:queremos saber cómo se separan el polvo y el gas, permitiendo al final que se formen planetas ".

Los científicos del NBI están complacidos de que sus simulaciones por computadora parecen estar respaldadas por observaciones de telescopios, desde el espacio y desde el suelo, entre estos, observaciones realizadas por el poderoso telescopio ALMA en el norte de Chile, dice Michael Küffmeier:"Estas son observaciones que corroboran cualitativamente nuestras simulaciones".

El hecho de que las observaciones del telescopio "corroboren cualitativamente" las simulaciones por computadora del NBI significa que los dos conjuntos de datos no chocan ni se contradicen de manera significativa, explica Michael Küffmeier:"Nada derivado de las observaciones del telescopio contradice nuestra hipótesis principal:que la formación de estrellas es una consecuencia directa de procesos que ocurren a mayor escala".

Los científicos esperan que sus continuas simulaciones por computadora contribuyan a una mejor comprensión de la formación de planetas, al combinar el conocimiento obtenido de las simulaciones de NBI con observaciones realizadas por ALMA, así como el extremadamente avanzado Telescopio Espacial James Webb programado para su lanzamiento en octubre de 2018.

"El telescopio espacial James Webb podrá proporcionarnos información sobre la atmósfera que rodea a los exoplanetas:planetas fuera de nuestro sistema solar que orbitan una estrella, "dice Michael Küffmeier:" Esto, también, nos ayudará a comprender mejor el origen de los planetas ".