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La impresión 3D destapa los misterios de uno de los sistemas de estrellas más complejos

Los investigadores han usado esta novedosa forma de presentar los datos para descubrir lo que se esconde bajo la nebulosa de Eta Carinae

The Physics arXiv Blog 11/03/2015




En 1843, una estrella relativamente desconocida en la constelación de Carina, vista desde el hemisferio sur, entró repentinamente en erupción, convirtiéndose en la segunda estrella más brillante del firmamento después de Sirio. Este objeto, denominado Eta Carinae, fue perdiendo brillo poco a poco hasta que desapareció de la vista al ojo humano unos 40 años después. Desde entonces su brillo ha variado siguiendo un ciclo de unos cinco años.

Eta Carinae resulta curiosa porque esta variación en el brillo ocurre sobre una amplia gama de longitudes de onda y escalas temporales. En 1998, por ejemplo, de repente se inflamó y dobló su brillo.

La explosión de la década de 1840 la dejó la rodeada de una espectacular nube de polvo conocida como la nebulosa Homunculus. Hace mucho que los astrónomos saben que esta erupción no destruyó a la estrella, pues calculaban estaría situada en el centro de esta nube.

Sin embargo, hace unos 10 años descubrieron que esta nube contiene dos estrellas en una órbita muy elíptica de cinco años. Decidieron por tanto que dicha órbita debía ser la causa de los cambios periódicos en el brillo.

Pero exactamente por qué Eta Carinae es tan variable en una gama tan amplia de longitudes de onda es un misterio. Ahora, Thomas Madura del Centro de Vuelo Espacial de la NASA en Maryland (EEUU) y su equipo ofrecen observaciones detalladas sobre la naturaleza del sistema de estrellas usando simulaciones de cómo interactúan hechas con superordenadores.

Estas simulaciones revelan detalles no vistos anteriormente de la estructura interna de la nebulosa Homunculus. Además, Madura presenta sus datos e interactúa con ellos en formas completamente nuevas, entre ellas una impresión en 3D de los datos, la primera vez que se hace esto con una simulación de astrofísica.

Antes, daremos un poco de información sobre la naturaleza de Eta Carinae. Las dos estrellas del sistema son inmensas, una es unas 30 veces mayor que el Sol y la otra aún mayor, con una masa 90 veces más grande que la solar.

La mayor de ellas, Eta A, produce un denso viento estelar, de hecho el más denso observado jamás, que sale de la estrella a alta velocidad. La segunda estrella produce su propio viento estelar que interactúa con el primero mientras orbitan, especialmente cuando más se acercan. En el punto de mayor aproximación, a las estrellas las separa la distancia del Sol a Marte.

Los astrónomos creen que gran parte del extraño comportamiento del sistema es consecuencia de la colisión de estos potentes vientos. Esta colisión crea una onda de choque que genera intensos estallidos de rayos X y otras longitudes de onda. Pero la onda de choque tiene que rotar según orbitan las estrellas la una en torno a la otra. Es más, tiene que cambiar en intensidad según se van acercando las estrellas en su elipsis muy marcada.

Debido a la densa nube de polvo que las rodea, nadie está completamente seguro de lo que sucede dentro de esta nebulosa, aunque todos están de acuerdo en que debe de ser un proceso tremendamente complejo. Para saber más, los investigadores han usado los datos existentes sobre Eta Carinae recibidos de observatorios en órbita, como el telescopio de rayos X Swift, y los han usado para simular lo que creen que debe de estar pasando dentro de esta nube en un superordenador.

Los resultados son muy impresionantes. Muestran cómo interactúan los vientos durante la órbita de las estrellas y, en concreto, cómo las ondas de choque resultantes cambian durante la órbita. Es un fenómeno complejo que resulta difícil de representar de forma visual, un problema habitual para muchos investigadores en distintas disciplinas. Así que Madura ha experimentado con nuevas formas de representar los datos.

Un enfoque habitual para representar modelos en 3D en un artículo científico convencional es recortar el modelo en láminas bidimensionales y mostrarlas sobre el papel como una serie. La idea es que los lectores puedan juntar mentalmente las láminas para producir un modelo en 3D mental.

Eso es más fácil de decir que de hacer, sobre todo cuando el modelo cambia a lo largo del tiempo. En este caso, el artículo puede acabar con tal cantidad de láminas que resultan difíciles de procesar.

Madura y sus colegas siguen un enfoque distinto. Para empezar, aprovechan una función cada vez más popular de Adobe Reader, el software estándar para leer PDF que permite a los autores incluir figuras 3D interactivas en su artículo (ver el artículo con Adobe Reader para probarlo).

El equipo ha creado modelos en 3D de la onda de choque dentro de Eta Carinae en distintos puntos de la órbita, laminado los modelos y los han mostrado de forma convencional. Además incluyen una figura 3D interactiva que permite al observador ver e interactuar con el modelo 3D.

Pero el equipo ha ido aún más lejos. Tras haber creado un modelo 3D virtual, lo imprimen usando una impresora 3D estándar, la MakerBot Replicator 2X.

Afirman que esto da aún más información sobre lo que sucede. "La posibilidad de coger e inspeccionar el modelo impreso en 3D proporciona una nueva perspectiva en la geometría del WWIR y una mejor sensación de la escala de las distintas estructuras", afirman. En concreto, afirman que el modelo les permite ver exactamente cómo de grande es la onda de choque comparada con las estrellas y la distancia que las separa.

Los modelos en 3D también dan una idea más clara de la vista que obtienen los astrónomos desde la Tierra. Las ondas de choque dentro de la nebulosa y las estructuras que producen pueden absorber la radiación e impedir que alcance la Tierra. Tener una buena visión es crucial para el punto de vista de un astrónomo. Además presenta otros beneficios, como poder poner los datos a disposición de personas ciegas.

Sin embargo, los modelos en 3D también tienen algunos inconvenientes. Los investigadores explican que uno de los detalles más delicados de su maquetas se rompió por accidente mientras la manipulaban, un problema que resolvieron rápidamente con un poco de pegamento.

Los resultados proporcionan una información sin precedentes sobre la naturaleza de la nebulosa y la onda de choque que contiene. Las simulaciones e impresiones en 3D demuestran que cuando las estrellas llegan a su punto de aproximación mayor, la onda de choque forma estructuras parecidas a dedos que sobresalen del centro de la nebulosa. Son tubos de gas frío rodeados por gas post choque mucho más caliente.

Los tubos se disipan según se separan las estrellas. Esta estructura tan compleja explica por qué este sistema de estrellas produce datos tan variables. Partes de la propia onda de choque producen rayos X y otras longitudes de onda, pero pueden ser absorbidos por otras regiones de la onda de choque. Lo que observamos desde la Tierra depende de cómo se alineen las estructuras, algo que varía a lo largo del tiempo y de forma impredecible debido a la naturaleza de las turbulencias implicadas.

Es una información fascinante sobre uno de los objetos astrofísicos más fascinantes del cielo nocturno. NASA también ha producido un vídeo sobre este trabajo.

También explora nuevas formas de representar y estudiar series de datos complejas, algo que es posible desde hace pocos años gracias al paso a la publicación electrónica. "El éxito de nuestro trabajo y la fácil identificación de rasgos físicos anteriormente no reconocidos destacan el importante papel que pueden tener la impresión en 3D y los gráficos interactivos a la hora de visualizar y comprender simulaciones complejas en 3D de fenómenos astrofísicos que dependen del tiempo", afirman.

Seguro que vemos más experimentación con series de datos mientras la gente sigue explorando los límites de las publicaciones científicas.

Ref: http://arxiv.org/abs/1503.00716 : La Impresión en 3D conoce a la Astrofísica Computacional: Descifrando la Estructura de los Vientos Internos de Eta Carinae en Colisión

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