Los astrónomos no pueden tocar las estrellas que estudian, pero la astrofísica Nia Imara está utilizando modelos tridimensionales que caben en la palma de su mano para desentrañar las complejidades estructurales de las guarderías estelares, las vastas nubes de gas y polvo donde se produce la formación de estrellas.

Imara y sus colaboradores crearon los modelos utilizando datos de simulaciones de nubes en formación de estrellas y un sofisticado proceso de impresión 3D en el que las densidades y gradientes de las nubes turbulentas a escala fina están incrustados en una resina transparente. Los modelos resultantes, los primeros viveros estelares impresos en 3D, son esferas muy pulidas del tamaño de una pelota de béisbol (8 centímetros de diámetro), en el que el material formador de estrellas aparece como grupos y filamentos arremolinados.

"Queríamos un objeto interactivo que nos ayudara a visualizar esas estructuras donde se forman las estrellas para que podamos comprender mejor los procesos físicos, "dijo Imara, profesor asistente de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz y primer autor de un artículo que describe este enfoque novedoso publicado el 25 de agosto en Cartas de revistas astrofísicas .

Artista y astrofísico, Imara dijo que la idea es un ejemplo de ciencia que imita al arte. "Hace años que, Dibujé un retrato de mí mismo tocando una estrella. Más tarde, la idea acaba de hacer clic. La formación de estrellas dentro de las nubes moleculares es mi área de especialización, entonces, ¿por qué no intentar construir uno? ", dijo.

Trabajó con el coautor John Forbes en el Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron para desarrollar un conjunto de nueve simulaciones que representan diferentes condiciones físicas dentro de las nubes moleculares. La colaboración también incluyó al coautor James Weaver de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Harvard, que ayudó a convertir los datos de las simulaciones astronómicas en objetos físicos mediante la impresión 3D de múltiples materiales de alta resolución y fotorrealismo.

Los resultados son visualmente impactantes y científicamente esclarecedores. "Solo estéticamente son realmente increíbles a la vista, y luego comienzas a notar las estructuras complejas que son increíblemente difíciles de ver con las técnicas habituales para visualizar estas simulaciones, "Dijo Forbes.

Por ejemplo, Las estructuras en forma de hoja o panqueques son difíciles de distinguir en rebanadas o proyecciones bidimensionales, porque una sección a través de una hoja parece un filamento.

"Dentro de las esferas, puedes ver claramente una hoja bidimensional, y en su interior hay pequeños filamentos, y eso es alucinante desde la perspectiva de alguien que está tratando de comprender lo que sucede en estas simulaciones, "Dijo Forbes.

Los modelos también revelan estructuras que son más continuas de lo que aparecerían en proyecciones 2D, Dijo Imara. "Si tienes algo dando vueltas por el espacio, es posible que no se dé cuenta de que dos regiones están conectadas por la misma estructura, por lo que tener un objeto interactivo que puedes rotar en tu mano nos permite detectar estas continuidades más fácilmente, " ella dijo.

Las nueve simulaciones en las que se basan los modelos fueron diseñadas para investigar los efectos de tres procesos físicos fundamentales que gobiernan la evolución de las nubes moleculares:turbulencia, gravedad, y campos magnéticos. Al cambiar diferentes variables, como la fuerza de los campos magnéticos o la rapidez con que se mueve el gas, las simulaciones muestran cómo los diferentes entornos físicos afectan la morfología de las subestructuras relacionadas con la formación de estrellas.

Las estrellas tienden a formarse en grupos y núcleos ubicados en la intersección de filamentos, donde la densidad del gas y el polvo se vuelve lo suficientemente alta como para que la gravedad se haga cargo. "Creemos que los giros de estas estrellas recién nacidas dependerán de las estructuras en las que se forman:las estrellas del mismo filamento 'sabrán' acerca de los giros de las demás, "Dijo Imara.

Con los modelos físicos, No hace falta ser un astrofísico con experiencia en estos procesos para ver las diferencias entre las simulaciones. "Cuando miré las proyecciones 2D de los datos de simulación, a menudo era un desafío ver sus sutiles diferencias, mientras que con los modelos impresos en 3D, Era obvio, "dijo Weaver, que tiene experiencia en biología y ciencia de los materiales y utiliza habitualmente la impresión 3D para investigar los detalles estructurales de una amplia gama de materiales biológicos y sintéticos.

"Estoy muy interesado en explorar la interfaz entre ciencia, Arte, y educación, y me apasiona utilizar la impresión 3D como herramienta para la presentación de estructuras y procesos complejos de una manera fácilmente comprensible, "Weaver dijo." La impresión 3D tradicional basada en extrusión solo puede producir objetos sólidos con una superficie exterior continua, y eso es problemático al intentar representar, gases, nubes u otras formas difusas. Nuestro enfoque utiliza un proceso de impresión 3D similar al chorro de tinta para depositar pequeñas gotas individuales de resina opaca en ubicaciones precisas dentro de un volumen circundante de resina transparente para definir la forma de la nube con exquisito detalle ".

Señaló que en el futuro los modelos también podrían incorporar información adicional mediante el uso de diferentes colores para incrementar su valor científico. Los investigadores también están interesados ​​en explorar el uso de la impresión 3D para representar datos de observación de nubes moleculares cercanas. como los de la constelación de Orión.

Los modelos también pueden servir como herramientas valiosas para la educación y la divulgación pública, dijo Imara, que planea usarlos en un curso de astrofísica que impartirá este otoño.