Físicos descubren una nueva solución para las colisiones cósmicas

Resulta que nuestros profesores de matemáticas tenían razón: ser capaz de resolver problemas sin calculadora resulta útil en el mundo “real”. Dos físicos teóricos del Instituto Politécnico Rensselaer han usado lo que ellos llaman “matemáticas de lápiz y papel” para describir el movimiento en las ondas de choque interestelares — violentos eventos asociados con el nacimiento de estrellas y planetas.

Las conclusiones, publicadas recientemente en Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, podrían proporcionar a los astrónomos importante información de la historia del Sistema Solar, la formación de las estrellas, y la creación de compuestos químicos que pueden haber formado la base de los planetas e incluso la vida en la Tierra.
“Las ondas de choque puede enseñarnos una información muy valiosa sobre la historia de nuestro Sistema Solar”, dijo Wayne Roberge, autor principal y profesor de física, física aplicada y astronomía en Rensselaer. “Si podemos comprender las ondas de choque — cómo se mueven, qué lleva a su formación, su temperatura — podemos comenzar a comprender de dónde venimos y por qué pasó nuestra galaxia hace cinco mil millones de años”.

La solución matemática desarrollada por Roberge y su colega, el profesor adjunto Glenn Ciolek, revela la fuerza y movimiento de las ondas de choque en el plasma, la materia cargada y neutra que forma el diluido “aire” del espacio. Al contrario que muchos estudios anteriores de este tipo, los investigadores se centraron específicamente en las ondas de choque en el plasma, el cual mueve la materia de forma muy diferente a cómo lo hace el aire no cargado de la Tierra.
De acuerdo con los investigadores, los hallazgos podrían influir en el éxito de una próxima investigación que llevará a cabo el Observatorio Estratosférico para Astronomía Infrarroja (SOFIA) de la NASA, un Boeing 747SP modificado con un telescopio infrarrojo que se espera que empiece las pruebas de vuelo en los próximos meses. Roberge apuntó que los hallazgos podrían ser también importantes para estudios que usen el Telescopio Espacial Spitzer de la NASA (el hermano infrarrojo del Telescopio Hubble).

“Los astrónomos se están adentrando ahora en los telescopios infrarrojos, lo que les permite observar con más profundidad el espacio”, dijo Roberge. “Pero debido a que sólo pueden detectar el calor, la búsqueda de compuestos químicos en el espacio profundo usando la tecnología infrarroja está muy obstaculizada por el frío espacio interestelar”. Las ondas de choque súper-calientes son como flechas ardientes en el cielo cuando las observamos a través de un telescopio infrarrojo, apuntando a los orígenes y destino de los compuestos químicos a través del universo, dijo Roberge.

“Nuestra solución matemática ayudará a que los astrónomos apunten en la dirección correcta cuando observen ondas de choque”, dijo. “Les permite saber qué deberían descubrir. Esperamos que las imágenes espaciales reales desarrolladas en los próximos meses y años demuestren que nuestros cálculos son correctos”.

Cuando las ondas de choque viajan, calientan y condensan el plasma interestelar, formando nuevos compuestos químicos gracias a una intensa presión y calor. El movimiento de las ondas de choque también distribuye los productos químicos por toda la galaxia. Sobre la Tierra, las ondas de choque normalmente se asocian a naves supersónicas y explosiones. En el espacio, las ondas de choque se asocian comúnmente al nacimiento y muerte de una estrella.
Cuando nacen las estrellas, a menudo emiten chorros de materia moviéndose a miles de kilómetros por hora. El impacto de estos chorros en el material que lo rodea crea una perturbación súbita y extrema. Este material no tiene tiempo de reaccionar a la súbita acumulación de energía y masa. Las ondas de choque arremeten contra el plasma que lo rodea para expeler la súbita fuerza. Estas ondas de choque dispersan material por todo el espacio, “generando” potencialmente nuevos sistemas solares con compuestos químicos que pueden ser importantes para la vida.

“Ahora que comprendemos cómo de rápido y lejos pueden moverse estas ondas por el espacio, podemos comenzar a comprender cómo los compuestos químicos, incluyendo aquellos necesarios para la vida, pueden formarse a través de las ondas de choque y dispersarse por todo el universo para formar nuevas estrellas, planetas y vida”, dijo Roberge.

La investigación fue patrocinada por el Centro de Nueva York para Estudios de Orígenes de la Vida, el cual está patrocinado por una beca de la NASA.