Estudiar las estrellas es una tarea complicada: la mayoría están demasiado lejos, por lo que se buscan formas para ‘acercarlas’ y recrear sus procesos aquí, en la Tierra. Pero la astrofísica (y también artista) Nia Imara ha dado un paso más allá: crear modelos impresos en 3D que caben en la palma de la mano para desentrañar las complejas estructuras de los viveros estelares, las vastas nubes de gas y polvo donde ocurre nacen las estrellas. Su método acaba de ser publicado en la revista ‘ The Astrophysical Journal Letters’.

Los primeros viveros estelares impresos en 3D son esferas muy pulidas del tamaño de una pelota de béisbol, en las que los grupos y filamentos giratorios representan nubes de gas y polvo que forman estrellas – Saurabh Mhatre

Imara y sus colaboradores crearon los modelos utilizando datos de simulaciones de nubes de formación de estrellas y un sofisticado proceso de impresión 3D en el que las densidades y gradientes de estas zonas se incrustan en una resina transparente. Los modelos resultantes, los primeros viveros estelares impresos en 3D, son esferas muy pulidas de unos ocho centímetros de diámetro (como una pelota de béisbol), en las que el material que forma las estrellas aparece como grupos y filamentos arremolinados, tal y como lo hace en la realidad a miles de años luz de nosotros.

«Queríamos un objeto interactivo que nos ayudara a visualizar esas estructuras donde se forman las estrellas para que podamos comprender mejor los procesos físicos», afirma Imara, profesora asistente de astronomía y astrofísica en UC Santa Cruz y primera autora de un artículo. Artista además de astrofísica, Imara señala que la idea es un ejemplo de ciencia que imita al arte. «Hace años, dibujé un retrato de mí misma tocando una estrella. Más tarde, la idea simplemente hizo clic. La formación de estrellas dentro de las nubes moleculares es mi área de especialización, así que ¿por qué no intentar construir una?».

Trabajó con el coautor John Forbes en el Centro de Astrofísica Computacional del Instituto Flatiron para desarrollar un conjunto de nueve simulaciones que representan diferentes condiciones físicas dentro de las nubes moleculares. Al grupo se unió James Weaver, de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Harvard, quien ayudó a convertir los datos de las simulaciones astronómicas en objetos físicos mediante la impresión 3D de múltiples materiales fotorrealistas y de alta resolución.

Los resultados son visualmente impactantes y científicamente esclarecedores. «Solo estéticamente son realmente asombrosas de mirar. Y luego comienzas a notar las estructuras complejas, que son increíblemente difíciles de ver con las técnicas habituales para visualizar estas simulaciones», dice Forbes.

Por ejemplo, las estructuras en forma de hoja o tortita son difíciles de distinguir en rebanadas o proyecciones bidimensionales, porque una sección a través de una hoja parece un filamento. «Dentro de las esferas, puedes ver claramente una hoja bidimensional, y dentro de ella hay pequeños filamentos, y eso es alucinante desde la perspectiva de alguien que está tratando de entender lo que está sucediendo en estas simulaciones», afirma Forbes.

Los modelos también revelan estructuras que son más continuas de lo que aparecerían en las proyecciones 2D. «Si tienes algo dando vueltas a través del espacio, es posible que no te des cuenta de que dos regiones están conectadas por la misma estructura, por lo que tener un objeto interactivo que puedes rotar en tu mano nos permite detectar estas continuidades más fácilmente», asevera Imara.

Las nueve simulaciones en las que se basan los modelos se diseñaron para investigar los efectos de tres procesos físicos fundamentales que gobiernan la evolución de las nubes moleculares: turbulencia, gravedad y campos magnéticos. Al cambiar diferentes variables, como la fuerza de los campos magnéticos o la rapidez con que se mueve el gas, las simulaciones muestran cómo los diferentes entornos físicos afectan la morfología de las subestructuras relacionadas con la formación de estrellas.

Las estrellas tienden a formarse en grupos y núcleos ubicados en la intersección de filamentos, donde la densidad del gas y el polvo se vuelve lo suficientemente alta como para que la gravedad se haga cargo. «Creemos que los giros de estas estrellas recién nacidas dependerán de las estructuras en las que se forman; las estrellas del mismo filamento ‘sabrán’ acerca de los giros de las demás», señala Imara.

Con los modelos físicos, no hace falta ser un astrofísico con experiencia en estos procesos para ver las diferencias entre las simulaciones. «Cuando miré las proyecciones 2D de los datos de simulación, a menudo fue un desafío ver sus sutiles diferencias, mientras que con los modelos impresos en 3D, era obvio», afirma Weaver, quien tiene experiencia en biología y ciencia de materiales y usa rutinariamente Impresión 3D para investigar los detalles estructurales de una amplia gama de materiales biológicos y sintéticos.

«Estoy muy interesado en explorar la interfaz entre ciencia, arte y educación, y me apasiona el uso de la impresión 3D como herramienta para la presentación de estructuras y procesos complejos de una manera fácilmente comprensible -dice Weaver-. La impresión 3D tradicional basada en extrusión solo puede producir objetos sólidos con una superficie exterior continua, y eso es problemático cuando se trata de representar gases, nubes u otras formas difusas. Nuestro enfoque utiliza un proceso de impresión 3D similar al chorro de tinta para depositar pequeñas gotas individuales de resina opaca en ubicaciones precisas dentro de un volumen circundante de resina transparente para definir la forma de la nube con exquisito detalle».

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