Científicos explican el misterio de las turbulencias observadas en las fluctuaciones de densidad en el espacio interplanetario

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Cumulo galactico

De la crema en el café a las fluctuaciones de densidad en el espacio.

Científicos de la Universidad de Alabama en Huntsville han desarrollado un modelo de simulación tridimensional para comprender el comportamiento en el espacio de las partículas interplanetarias cargadas.

Los profesores de física Dastgeer Shaikh y Gary Zank del Centro de Investigación de Plasma Espacial y Aeronómica y del Departamento de Física de la Universidad dicen que el modelo explica cómo la densidad de las partículas interplanetarias varía con el tiempo y el espacio. Notablemente, la distribución de tamaños de escala de las fluctuaciones de densidad se observa que satisface una ley universal conocida como espectro de Kolmogorov.

Los investigadores apuntan que el espacio interplanetario que rodea la Tierra está lleno de partículas cargadas y sin carga que se mueven aleatoriamente. Estas partículas se originan básicamente a partir de estrellas como nuestro Sol u otras estrellas cercanas y son aceleradas a través del espacio interplanetario. Éstas son verdaderas “micro-sondas” que nos dicen la distancia, composición y muchos aspectos importantes de los objetos cosmológicamente lejanos tales como estrellas vecinas, galaxias y nubes astrofísicas masivas.

“A partir del comportamiento de estas partículas en el espacio, es posible conocer la extensión del universo físico”, explican. “Proporcionamos una explicación más simple a por qué la densidad de partículas debería seguir un espectro de Kolmogorov. El espacio interplanetario es como el agua o el aire que nos rodea. Las partículas cargadas están vinculadas a la cuerda sin masa de las líneas de campo magnético y cambian de sitio a menudo en el agua de forma aleatoria. Algo similar a la “crema en una taza de café” o a las partículas de los polvos de talco esparcidas por una superficie o agitadas en agua que llevan a las partículas de polvo junto con el flujo del agua. Encontramos que estas partículas siguen un espectro de Kolmogorov. Estamos tratando de entender su movimiento estadísticamente”.

La nave Voyager 2 de la NASA, surcando el espacio exterior desde hace casi 30 años, ha rastreado la densidad de partículas interplanetarias desde nuestro Sol a una distancia de 100 veces la de la Tierra al Sol. Esto es 150 millones de kilómetros multiplicado por 100. “Se encontró que la densidad de partículas varía con la distancia en un espectro de Kolmogorov. Pero uno de los mayores obstáculos en la comprensión de este espectro es la turbulencia interplanetaria que hace que la trayectoria de las partículas sea aleatoria en el espacio y el tiempo”, dicen los científicos.

El esfuerzo teórico original tras este modelo fue establecido a principio de la década de 1990 por el Dr. Zank, quien había propuesto una “hipótesis verdaderamente sorprendente” que relacionaba la densidad con la velocidad de estas partículas turbulentas, de acuerdo con el Dr. Shaikh. “Nos llevó casi 20 años darnos cuenta computacionalmente de la verdad tras el modelo de Zank. Ejecutamos nuestro modelo de mayor resolución en el supercomputador de San Diego (256 procesadores) para llegar a esta conclusión. Nuestro modelo es también consistente con las observaciones de Voyager”.

Los Drs. Zank y Shaikh dijeron que es importante saber el comportamiento estadístico correcto de la densidad de partículas interplanetarias. “Algunas de estas técnicas (como la ampliación angular) están basados en las variaciones de densidad para medir la distancia de obsetos estelares desde la Tierra. Unas medidas precisas de la densidad de campo son precisas para determinar la posición, edad y composición exactas de los cuerpos estelares”, comentan.

Su investigación aparecerá en el ejemplar de noviembre de la revista de la Royal Astronomical Society.


Autor: Ray Garner
Fecha Original: 22 de octubre de2009
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