Por primera vez, los científicos utilizaron métodos de ciencia de redes para resolver un problema astrofísico fundamental: explicar la llamada "función de masa inicial", una distribución de estrellas por masa en galaxias y cúmulos estelares. El estudio ha sido publicado ennúmero reciente de El diario astrofísico.
Andrei Klishin graduado del MIT en 2015, actualmente estudiante de posgrado en la Universidad de Michigan bajo la supervisión de Igor Chilingarian investigador del Instituto Astronómico Sternberg, Universidad Estatal de Moscú y Observatorio Astrofísico Smithsonian aplicó métodos de ciencia de redes para resolver unaproblema astronómico fundamental que se mantuvo durante 60 años, el origen de la función de masa inicial estelar. "Estos métodos se han utilizado en diferentes campos de investigación, desde la sociología y la ciencia de la información hasta la biología molecular, pero nunca antes en astrofísica", dice Igor Chilingarian.
La función de masa inicial estelar es una función que describe las fracciones relativas de estrellas que tienen diferentes masas en un sistema estelar o una proporción de estrellas grandes y pequeñas en las galaxias. En 1955, el físico teórico y astrofísico Edwin Salpeter fue el primero en derivar esta ley de distribuciónempíricamente en la vecindad solar usando conteos de estrellas actualmente conocida como la "función de masa Salpeterinitial". Demostró que la distribución de estrellas por masa tiene la forma de una ley de potencia con exponente de -2.35, es decir, las estrellas 10 veces más masivas que nuestraSunare102.35 = 220 veces menos frecuente que las estrellas de tipo solar.
El conocimiento de cómo exactamente las estrellas en una galaxia o un cúmulo de estrellas se distribuyen por masa es de vital importancia para los astrónomos. Un sistema estelar es como una gran familia donde todos los miembros interactúan entre sí. Ellos delinean el "espacio vital" en un ciertomanera y reaccionar a la influencia externa de acuerdo con las mismas leyes físicas. Para comprender mejor cómo los miembros de esa "familia" afectan la evolución de los demás, los astrónomos necesitan saber en qué tipos de estrellas se compone la "familia", es decir, tenerlos datos de cuántas estrellas de cada masa hay en el sistema.
Igor Chilingarian y Andrei Klishin describieron un sistema de protoestrellas que evolucionan absorbiendo gas del medio interestelar difuso como una red espacial que crece según el principio del vínculo preferencial: un nodo que tiene muchos vínculos crea nuevos vínculos aún más rápido. En el medio interestelar, los enlaces son fuerzas gravitacionales que actúan entre núcleos moleculares densos que luego formarán estrellas. "Demostramos que una ley de potencia que sigue la función de masa inicial estelar se forma independientemente de la distribución de masa inicial de las proto-estrellas si la distribución de densidad en la nube interestelares fractal. Esta distribución fractal se deriva directamente de la teoría clásica de la turbulencia desarrollada por el matemático soviético Andrey Kolmogorov. A diario nos encontramos con objetos fractales o auto-similares. Entre otros, nubes en la atmósfera de la Tierra, copos de nieve e incluso algunas frutas y verdurascomo la coliflor o el brócoli, todos tienen propiedades fractales ", comenta Igor Chilingarian.
En el marco de este modelo simple, los científicos lograron explicar teóricamente la forma de la función de masa inicial estelar en solo ocho ecuaciones, que no invocaron ninguna suposición injustificada o parámetros libres adicionales requeridos de mis muchas teorías existentes de formación de estrellas. Igor Chilingarian enfatiza que todas lasLas teorías iniciales de la función de masas se desarrollaron utilizando "un enfoque astrofísico clásico" y se presentaron en artículos extensos con docenas de páginas de cálculos y cientos de fórmulas.
"Igor me invitó a trabajar en este proyecto después de que nos conocimos en Boston cuando mencioné mis intereses en la física estadística", dice Andrei Klishin. "Esta área de la física se ocupa de los aspectos de los sistemas de gran número de partículas en los que hay detalles particulares relacionados conLas partículas individuales pierden importancia. Sabemos que el mismo exponente de la ley de potencia de Salpeter de -2,35 se midió en muchos cúmulos estelares de diferentes edades, metalicidades y masas totales. Esto sugiere que el valor no está determinado por algunas propiedades locales de un cúmulo específico,sino por algún principio más general. Por eso cuando introducimos el principio de apego preferencial en nuestro artículo, nos referimos a trabajos en ciencia de redes, bibliometría, especiación biológica. En todos esos sistemas tan diferentes las propiedades estadísticas resultan ser muy similares. "
La ciencia de redes es un área moderna de investigación desarrollada activamente durante los últimos 15 a 20 años. Como sugiere su nombre, estudia las propiedades de las redes como objetos matemáticos, independientemente del sistema específico que se interprete como una red. La teoría de redes se puede utilizarpara describir la red eléctrica como un conjunto de plantas de energía, cargas y líneas de transmisión; interacción de una multitud de proteínas en un organismo vivo, conexiones de usuarios en una red social como Facebook o incluso toda la World Wide Web, o comunicación científicacolaboraciones. Igor Chilingarian y Andrei Klishin fueron los primeros en aplicar métodos de ciencia de redes para resolver un problema astrofísico fundamental.
"Este trabajo es el primero de su tipo y crea una base para un nuevo enfoque interdisciplinario en astrofísica. Planeamos desarrollar aún más esta familia de métodos y usarlos para estudiar un amplio espectro de fenómenos astrofísicos en aspectos de formación estelar y encosmología observacional como un estudio de la estructura a gran escala de la distribución de la materia en el Universo ", concluye Igor Chilingarian.
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Materiales proporcionados por Universidad Estatal Lomonosov de Moscú . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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