Códigos numéricos para la astrofísica
Por Tania Robles
Ciudad de México. 16 de mayo de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- En el Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) se realiza investigación respecto a códigos numéricos computacionales para su aplicación en problemas de la astrofísica actual, al involucrar distintas áreas de la física para modelar y entender fenómenos del universo. Se trata de la magnetohidrodinámica relativista.
Propagación de un jet relativista con velocidades que alcanzan 90 % la velocidad de la luz.
En entrevista, el doctor Alejandro Cruz Osorio, investigador posdoctoral en el Instituto de Astronomía explica a fondo cómo está conformado su código CAFE.
Física en armonía
Inestabilidades tipo Kelvin-Helmholtz en la presión de un gas moviéndose a 0.5 veces la velocidad de la luz en presencia de un campo magnético.La magnetohidrodinámica relativista (RMHD, por sus siglas en inglés) es una composición numérica y matemática que combina las ecuaciones de la hidrodinámica en relación con el comportamiento como fluido de las galaxias o material interestelar, con las velocidades relativistas cercanas a la velocidad de la luz y los campos magnéticos presentes a su alrededor.
El estudio numérico de la RMHD requiere de un código de relatividad numérica que se aplica a la astrofísica en fenómenos como la expulsión de chorros o jets relativistas, acreción en agujeros negros supermasivos, que se cree que existen en los centros de las galaxias, o incluso en el caso de fluidos newtonianos, podría aplicarse a la física solar y también en la industria automotriz en cuanto a fluidos y aerodinámica se refiere, entre otros ejemplos.
Estos códigos son altamente complicados por el número de ecuaciones que deben ser introducidas a su programación. Sin embargo, en el Instituto de Astronomía, Alejandro Cruz Osorio trabaja en este interesante proyecto que comenzó en 2012 cuando realizó su doctorado bajo la asesoría del doctor Francisco Siddhartha Guzmán Murillo en el Instituto de Física y Matemáticas de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo (UMSNH).
Existen muchos códigos numéricos computacionales de MHD no relativistas, es decir, clásica, que son objetos de masas no tan grandes que deforman de menor manera el espacio-tiempo y no presentan velocidades cercanas a la de la luz, y en esos casos solo se usa la hidrodinámica con las leyes clásicas de Newton.
Evolución de un gas supersónico alrededor de un agujero negro rotante.Pero en este trabajo le fueron añadidas las ecuaciones para parámetros relativistas y de gases no neutros, es decir, que de esta forma se consideran campos magnéticos existentes y altas velocidades. Para obtener éxito en su investigación, se tuvo que combinar las ecuaciones de Euler para fluidos, las de Einstein para campos gravitacionales fuertes y velocidades relativistas, y de Maxwell para campos magnéticos. “A este conjunto de ecuaciones se le llama magnetohidrodinámica relativista. En México somos uno de los primeros en construir un código de este tipo, una herramienta que puede ser de utilidad para muchos astrónomos”, platicó.
Algunas de las aplicaciones para este tipo de códigos son por ejemplo las simulaciones y descripciones matemáticas de los gases y material que cae al agujero negro del centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, “este gas no cae directamente sino que cae rotando a su alrededor, es decir, en trayectorias circulares. Eso se puede modelar con la hidrodinámica. Nosotros hemos estudiado discos de acreción de este tipo y también jets o chorros de materia que se extienden a velocidades relativistas, hemos modelado la propagación y comportamiento de estos objetos porque a lo largo de estos se emiten rayos X, rayos gamma, emisiones que se pueden medir con los telescopios y son de gran interés para los astrónomos”, agregó.
Existen muchos grupos de investigación alrededor del mundo que trabajan en el tema; sin embargo, estos mexicanos crearon su propio código, “pusimos las ecuaciones en la computadora, las resolvimos y obtuvimos las soluciones numéricas del problema. Posteriormente hicimos la interpretación física de lo que se midió”, explicó.
Cruz Osorio platicó que algunos de los problemas que quieren trabajar con este código es la muerte de algunas estrellas como lo es una supernova, la formación de agujeros negros y la evolución e interacción de estrellas de neutrones.
Anterior a esto, trabajó junto con sus colegas en un código de simulación en una dimensión, dos códigos para dos dimensiones y, finalmente, este código CAFE de magnetohidrodinámica en tres dimensiones y que pretenden colocar en la web en un futuro cuando esté completo, de manera libre, para que científicos de todo el mundo hagan uso de él en sus investigaciones.
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