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31 de diciembre de 2008

Nuevas técnicas de visualización permiten entender mejor la formación estelar

Imagen: IIC

Una nueva tecnología de visualización por computadora desarrollada por la Iniciativa de Computación Innovadora de Harvard ha ayudado a los astrofísicos a comprender que la gravedad desempeña un papel más importante que lo que se pensaba en las nubes moleculares de formación de estrellas en el vasto espacio profundo.

La idea, que se reportó en la edición del 1 de enero de 2009 de la revista Nature, se ilustra en la versión en línea de la revista a través del nuevo formato tridimensional Portable Document Format (PDF), tecnología que permitirá a los lectores ver los gráficos claves del artículo usando software libre PDF que comúnmente ya se encuentra en las computadoras.

El trabajo fue dirigido por la profesora de Astronomía de Harvard Alyssa Goodman de la Facultad de las Artes y las Ciencias de Harvard, el Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (CfA), y la Iniciativa de Computación Innovadora de Harvard (IIC), de la cual fue la directora fundadora. Goodman y sus colegas utilizaron la tecnología de la IIC para examinar resmas de datos astronómicos recogidos en una estructura conocida como nube molecular gigante.

La tecnología anterior, dijo Goodman, no permitía un examen cuidadoso de lo que describió como estructura "jerárquico" - básicamente regiones dentro de regiones - y que han ocultado detalles específicos en la nube molecular, tales como diferentes áreas anidadas de densidad variable y una ruptura física de una zona a otra.

"No hay forma de percatarse de ello sin ser capaz de ver esto en 3-D," dijo Goodman.

Michael Halle, científico jefe de la IIC e instructor de radiología en la Facultad de Medicina de Harvard y del Brigham and Women's Hospital, dijo que esta investigación muestra que la tecnología de visualización es una parte crítica en el proceso de análisis y descubrimiento y no sólo una forma de mostrar los datos una vez que ha sido reunido, analizado y entendido.

"Uno está aprendiendo acerca de sus datos a través de la visualización y la interacción", dijo Halle. "Uno puede tomar todos los datos, filtrarlos selectivamente y mirarlos de una manera diferente."

Halle elogió la IIC como un importante foro en el que los investigadores de distintas áreas del conocimiento pueden trabajar juntos.

"Sin la estructura colaborativa de IIC, los recursos multidisciplinarios y otros tipos de apoyo, esta investigación no habría ocurrido", dijo Halle.

El equipo de investigación incluyó también a Erik Rosolowsky, de la Universidad de la Columbia Británica; Michelle Borkin, de IIC y de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard; Jonathan Foster y Jaime Pineda del CfA, y Jens Kauffmann de IIC y del CfA.

El equipo utilizó las herramientas desarrolladas por el proyecto en desarrollo Medicina Astronómica (A-M) de la IIC, gestionado por Halle, que utiliza la tecnología concebida para las imágenes médicas en la investigación astronómica. Para visualizar la nube molecular en tres dimensiones, se utiliza el 3-D Slicer (micrótomo tridimensional) del programa A-M, concebido originalmente para analizar imágenes médicas.

El avance clave, sin embargo, es un nuevo algoritmo computacional - conjunto de instrucciones sobre cómo manejar los datos, similar a un programa de computadora o modelo. El algoritmo, desarrollado por Rosolowsky, produce sus resultados en un "dendrograma", que es una representación en árbol de los datos. A partir del dendrograma, los investigadores fueron capaces de crear exhibiciones de los datos en 3-D que pueden entonces rotar y examinar de muchas direcciones diferentes.

Los datos, que forman parte del relevamiento de regiones de formación de estrellas, actualmente en curso, COMPLETE (COordinated Molecular Probe Line Extinction Thermal Emission, sondeo coordinado molecular de línea de extinción de emisiones térmicas), son medidas de la emisión de un tipo de molécula de monóxido de carbono de la nube. El monóxido de carbono actúa como un representante de la gran cantidad de hidrógeno que compone la mayor parte de las nubes y a partir del cual se forman las estrellas. En el frío del espacio, el hidrógeno emite muy poco, de modo que es necesario un representante tal como el monóxido de carbono.

Las simulaciones por computadora son herramientas críticas para entender el comportamiento de estas nubes y de la formación de estrellas, dijo Goodman. Las simulaciones son la única manera en que los astrónomos pueden ver lo que sucede en los millones de años que se necesitan para formar una estrella. Los modelos anteriores de formación de estrellas en esas nubes asumían que como la gravedad es una fuerza débil a largas distancias, sus efectos eran insignificantes en estas nubes hasta que los átomos de hidrógeno estuviesen muy cercanos. Estos populares modelos, dijo Kauffmann, suponían que la mayoría de los cambios en las nubes provenían de la turbulencia y que sólo después que la turbulencia empujara a las moléculas lo suficientemente cerca, es que la gravedad entraba en juego.

Una vez que las agrupaciones más densas de moléculas se formaban y que la gravedad se convertía en un factor, ellas atraían más y más partículas hasta que o bien algo las partía o bien adquirían la masa crítica para colapsar y formar una estrella.

Pero es el proceso hasta el momento en que se forman las densas agrupaciones el que Goodman y sus colegas examinaron. Su análisis muestra que, en lugar de la turbulencia ser la única fuerza significativa empujando las moléculas de gas alrededor de éstos, su influencia gravitacional entre sí también es significativa. Este hallazgo implica que los modelos existentes, que dejan fuera la gravedad hasta que se han formado grupos muy densos, podrían sobreestimar la tasa de formación de estrellas en estas nubes.

La investigación será presentada en una forma novedosa para Nature, dijo Goodman. Será la primera vez que una importante revista científica utilice un PDF 3-D para los gráficos de un artículo. El formato 3-D PDF se ha utilizado antes, principalmente en fabricación y publicidad. El software de Adobe Acrobat PDF, incluido el programa gratuito Adobe Reader, es común en muchas computadoras.

La conversión de las imágenes en 3-D en formato PDF a partir del software más técnico 3-D Slicer utilizado por la IIC se hizo utilizando el software producido por una empresa de Nueva Zelandia, Right Hemisphere, que ha estado trabajando para hacer la publicación en 3-D una de las principales tecnologías y una manera de comunicar datos complejos, según el fundador Mark Thomas.

"Consideramos que el uso de 3-D en la publicación por parte de Harvard y de la revista Nature es un hito importante en la historia editorial y estamos muy orgullosos de haber podido asistir y guiar este proceso", dijo Thomas.

(jg) (mg)

Más información en:
http://www.cfa.harvard.edu/