Investigación

Modelamiento Numérico en Astrofísica

El modelamiento numérico cada vez toma más importancia en la astrofísica. Aunque normalmente los astrofísicos no  desarrollan nuevos algoritmos matemáticos, con frecuencia inician nuevas investigaciones en el campo mediante la combinación de varios métodos.

Calculation of the formation of a jet like structure due to a stellar outflow and collimation by a torus of material, as it is formed around rotating stars. This disk (light blue) has been nearly destroyed. Nevertheless the ejected material keeps fairly collimated (red). ( Credit: Felix Niederwanger)

La simulación numérica es en palabras simples – dividir la estructura casi infinita de la naturaleza en partes discretas, asumiendo propiedades físicas comunes dentro de esta sub-división. Estos métodos también son aplicados en Metrología, Oceanografía, etc.

Los astrofísicos estudian sistemas con un rangos extremos en sus propiedades físicas. Por ejemplo, en hidrodinámica se investigan regiones cuyas propiedades se pueden reproducir en laboratorio usando condiciones de vacío extremas hasta condiciones que son imposibles de reproducir. Las escalas geométricas requieren las simulaciones llamadas “sub-grid”. A menudo, la fuente de energía de una nube de gas es tan pequeña que no llena ni siquiera una simple célula de la simulación (como ejemplo se pueden mencionar una enana blanca en una nebulosa planetaria o en una Nova o galaxias en simulaciones de emisiones de rayos-X en el medio entre galaxias). Este problema no puede ser resuelto en las simulaciones aunque se usen los mayores super computadores disponibles.
Por lo tanto, métodos especiales de investigación son requeridos para resolver estos problemas en los esquemas matemáticos estándares.

The carbonic acid di-mer recently shown to exist in gas phase (credit Huber et al. doi: 10.1063/1.4755786). Numbers are bond lengths in Ångstrom and bond angles in degrees.

Otra línea de investigación son las moléculas en el espacio. Incluso sistemas simples como ácido carbónico fueron asumidos que no existían como tal in fase gaseosa. Un esfuerzo conjunto de grupos teóricos haciendo cálculos quánticos químicos demostró que existían acoplamientos eléctricos “di-mer” en ambientes como las partes altas de la atmósfera de la Tierra o arriba de las capas polares en Marte. La mismo es cierto para moléculas distorsionadas. Bajas densidades y altas velocidades de átomos de hidrógeno o helio causan deformación de las moléculas orgánicas. Nuevos y más precisos cálculos de los estados electrónicos de estas moléculas permiten mejores predicciones de la ubicación de líneas espectrales en el infrarojo. Es ahora el trabajo de los observadores el investigar los espectros.

Faculty member active in this area: Stefan Kimeswenger