Investigación

Estas son las principales áreas de investigación en ICATE
 

Galaxias

Evolución y Cosmología

El universo conocido contiene cientos de miles de millones de galaxias de distintas clases; todas y cada una de ellas en formación y evolución continua desde el momento mismo del Big Bang. Dicha evolución no se produce en forma aislada sino que se da siempre en un contexto cosmológico y por lo tanto las propiedades características de las poblaciones extragalácticas están estrechamente relacionadas con las teorías cosmológicas que describen al Universo mismo.

La mayoría de las galaxias han albergado en algún momento de su evolución a un núcleo activo (active galactic nuclei - AGN) asociado normalmente a la acreción de masa por un agujero negro supermasivo (mayor que un millón de masas solares). En algunos casos, la luminosidad del AGN es tal, que supera en miles de veces la luminosidad de toda la galaxia. Por ende, estos núcleos activos (de apenas unos pc de diámetro) pueden volcar enormes cantidades de energía al medio intergalático (a Mpc de distancia) e influir no sólo en la formación de su galaxia huésped, sino en la formación de grupos y cúmulos de galaxias de los que forman parte.

ICATE se focaliza en el estudio de galaxias y AGN, en particular a lo largo de las siguientes líneas de investigación:

Obscured Active Galactic Nuclei (AGN)

Los AGN poseen un toroide de gas y polvo muy denso que rodea al núcleo. En algunos casos este toroide puede estar alineado perpendicularmente con la línea de visión de tal forma que bloquea completamente la radiación óptica proveniente del núcleo. Eso se conoce como AGN oscurecido o tipo II, a diferencia de los AGN no escurecidos o tipo I, en los que se observa evidencia del núcleo desnudo.

Para encontrar AGN oscurecidos es necesario observar en longitudes onda menos sensibles a la extinción por el polvo, tales como rayos X y el infrarrojo. Con los grandes relevamientos espectroscópicos y fotométricos disponibles actualmente (por ej. SDSS, WISE, FIRST, etc.) es posible ensamblar grandes catálogos multifrecuencia, esenciales para estudios estadísticos de dichas poblaciones de AGN. En particular, es importante conocer las propiedades y diferencias de las galaxias hosts que albergan AGN I y II. Pero aún más importante es conocer y caracterizar (por ej. mediante funciones de correlación) los entornos en los que habitan y en qué tipo de cúmulos o grupos se desarrollan, ya que esto posibilita testear en forma directa los modelos teóricos de unificación de AGN.

Radio Galaxies

El estudio de radio galaxias es muy importante debido al feedback de energía que pueden proveer al entorno circundante. Estos sistemas albergan un AGN que produce grandes cantidades de energía en forma de radio/x-ray jets, energía que es inyectada al entorno, y que puede, en algunos casos, calentar lo suficientemente el medio hasta detener la formación estelar (pues el gas en halos de materia oscura tiende a enfriarse, condensarse y formar estrellas). Así, el feedback de una radio galaxia poderosa puede regular la formación estelar y por ende su estudio es muy importante para comprender la evolución y formación de galaxias.

Para ello es necesario construir muestras completas y confiables de galaxias con identificaciones en relevamientos de radio (por ej. combinando SDSS, NVSS y FIRST), tarea nada sencilla dado que muchas radio galaxias extendidas son resueltas en múltiples componentes en los distintos surveys. Luego es interesante ver cómo se comparan las poblaciones de radio galaxias a lo largo del redshift, y cómo se comparan con respecto a galaxias normales. Asimismo, es muy importante caracterizar en qué entornos viven las radio galaxias (ej. mediante funciones de correlación) y cómo se comparan con otras poblaciones de quasars y sistemas normales, todo esto analizando los cambios a lo largo de los últimos 6.000 millones de años y contrastando con las predicciones de modelos semi-analíticos de formación de galaxias que incorporan el efecto de feedback de radio AGN.

 

Física Solar

Estudio de la actividad solar en el rango submilimétrico e infrarrojo y su relación con el clima espacial

Se realizan estudios basados en el análisis de datos del instrumental solar instalado en El Leoncito. En particular se utiliza el telescopio solar en ondas submilimétricas SST (Solar Submilimeter-wave Telescope) e instrumental en el infrarrojo, instalados en CASLEO para investigar en detalle:

  • fulguraciones solares en el rango submilimétrico
  • ocurrencia de pulsos submilimétricos asociados a eyecciones coronales de masa
  • actividad solar en el infrarrojo: regiones activas

Todas las observaciones se caracterizan por una alta cadencia temporal lo que permite el estudio de eventos solares rápidos. El análisis de datos provistos por otros instrumentos desde Tierra, tales como el telescopio en H-alfa HASTA (H-alpha Solar Telescope for Argentina) y el coronógrafo en la línea verde de emisión MICA (Mirror Coronagraph for Argentina), ambos pertenecientes al Observatorio Felix Aguilar de la UNSJ, permite estudiar los diversos fenómenos a diferentes alturas de la atmósfera solar.

También se hace uso de los datos obtenidos por diversas sondas espaciales, disponibles para uso público en internet. En particular, la sonda espacial Hinode, ofrece la posibilidad de organizar campañas de observaciones conjuntas con telescopios operando desde Tierra y así obtener datos de alta resolución temporal y espacial, cubriendo diversas regiones del espectro electromagnético.

SST: http://www.casleo.gov.ar/sst/sst.php

HASTA: http://www.oafa.fcefn.unsj-cuim.edu.ar/Hasta/

MICA: http://www.oafa.fcefn.unsj-cuim.edu.ar/mica

Hinode: http://solar-b.nao.ac.jp/index_e.shtml

 

Física Estelar

Formación, evolución y muerte de las estrellas, así como sus propiedades y distribución

Es un campo muy amplio de la Astronomía que estudia desde la formación de estrellas hasta las distintas muertes que pueden sufrir las mismas, abarcando también los sistemas de estrellas tanto las binarias como los cúmulos abiertos y globulares.

En el ICATE particularmente se estudian:

Sistemas Binarios y Múltiples de Estrellas

Al menos la mitad de las estrellas que se encuentran en el cielo son dobles o de mayor multiplicidad. Son sistemas con dos o mas estrellas que rotan en órbitas alrededor de un centro de masa común. El análisis de los parámetros orbitales de estos sistemas proporcionan datos físicos vitales que caracterizan a las estrellas y en particular sus masas. Los métodos para analizar las orbitas de estas estrellas varían dependiendo de la geometría del sistema, de su distancia y de la relación entre las masas y entre las luminosidades. Es por ello que una de las clasificaciones utilizadas para las estrellas binarias es la que utiliza las características observacionales de cada sistema.

Así tenemos:

Binarias visuales

En estos sistemas ambas estrellas componentes pueden ser resueltas individualmente y si el periodo no es excesivamente largo es posible seguir el movimiento de ambas alrededor de su centro de masa a través del tiempo. Si se conoce la distancia al sistema las separaciones pueden ser calculadas.

Binarias astrométricas

Si las componentes no son de brillo parecido y una de ellas es mucho mas brillante que la otra solo se observara la primera. En este caso la acción de la estrella menos brillante se verá reflejada en un movimiento oscilatorio de la primaria visible.

Binarias eclipsantes

En el caso de que el plano orbital este en la dirección de la línea de la visual al observador terrestre las estrellas pueden eclipsarse una con la otra. En ese caso habrá variaciones periódicas del brillo del sistema. Los datos de las binarias eclipsantes pueden proporcionar valores de parámetros muy importantes como temperaturas efectivas y radios.

Binarias espectroscópicas

Las binarias espectroscópicas son aquellas que se detectan por la variación periódica de sus velocidades radiales, es decir aquellas determinadas por el efecto Doppler. Las líneas espectrales cambian su posición en forma periódica. Si los brillos de las componentes del sistema son parecidos se verán los espectros de cada una de ellas pudiendo detectarse así un sistema doble o triple. No habrá efecto Doppler detectable si el plano de la orbita es perpendicular a la línea de la visual al observador, pero si las componentes son de brillo parecido podremos detectar en determinadas ocasiones sus espectros individuales permitiendo la identificación del sistema múltiple.

Cúmulos Abiertos

Los cúmulos de estrellas son fundamentales en el estudio de la evolución estelar y en la estructura de las estrellas. En particular el estudio de las binarias que pertenecen a cúmulos es de enorme importancia. En los cúmulos es posible conocer su edad con precisión por lo tanto son muy importantes en el estudio de la variación temporal de cualquier propiedad estelar. Los cúmulos de estrellas tanto abiertos o galácticos como globulares son un campo también fundamental para los investigadores en dinámica estelar.

Rotación Axial de la Estrellas

Así como la Tierra y los planetas de nuestro Sistema Solar rotan alrededor de sus ejes, las estrellas también lo hacen. Entender la rotación de las estrellas es crucial para su modelado por la influencia que la rotación axial parece tener sobre las propiedades físicas y la apariencia de las estrellas.

La velocidad de rotación ha pasado a ser en la ultima década un parámetro de importancia enorme, siendo el responsable de efectos espectroscópicos tales como perdida de masa, circulación, generación de campos magnéticos y sus consecuencias como manchas estelares, flares, ciclos de actividad coronal y cromsoférica. El estudio de la disipación de momento angular desde el momento de la formación estelar siempre ha sido un problema no bien entendido.

Estrellas con anomalías en sus abundancias químicas

En estas estrellas especialmente A y B tardías se encuentran intensificados algunos elementos químicos en sus atmósferas respecto de las abundancias de tipo solar.

Los procesos nucleares, transferencia de la radiación, opacidades y muchos otros procesos físicos han sido incluidos en el modelado de las estrellas en las décadas pasadas. Todavía existen algunos procesos físicos cuya incidencia para explicar estas estrellas no son bien entendidos: convección, difusión, rotación y campos magnéticos son algunos. La región del diagrama HR que ubica a las estrellas B tardías y a las estrellas A probablemente sea uno de los mas interesantes como laboratorio de procesos físicos en las estrellas.

El estudio de estos objetos trata de aislar la influencia que tienen cada uno de los procesos físicos mencionados en las anomalías de abundancias encontradas para el Hg, Mn, Si, Cr, Sr, Eu entre otras especies químicas y sus isótopos.

Estrellas en sistemas extrasolares

Hasta la fecha se han encontrado varios cientos de estrellas que tienen planetas girando a su alrededor, es decir conformando otros sistemas solares distintos al nuestro en nuestra propia galaxia.

La detección de planetas extrasolares se realiza a través de diferentes técnicas, desde el efecto Doppler hasta la desviación gravitacional de la luz tal como lo predice la teoría de Einstein.

Es importante estudiar las propiedades de las estrellas centrales de los sistemas solares externos.

 

Cosmoquímica

Es la ciencia que mide las propiedades de la evolución química de la galaxia mediante el estudio de meteoritos en los laboratorios terrestres
(Clayton, 1982)

La evolución química de la galaxia describe la evolución de las formas químicas dentro del medio interestelar y de las estructuras isotópicas que ellos contienen.
Se debe considera a los meteoritos como “el producto final de diversos objetos que son capaces de guardar en su memoria los diferentes momentos de la historia que comprendió la formación del Sistema Solar”. Lo importante a tener en cuenta es que: el procesamiento químico en la formación del Sistema Solar, no borró la memoria de las condiciones químicas iniciales.
Esta línea de investigación multidisciplinaria se nutre con el aporte de otras ciencias.

La Cosmoquímica y la astronomía y astrofísica
El descubrimiento de granos pre-solares (polvo de estrellas que vivieron y murieron antes que nuestro Sol) en los meteoritos generó un camino muy fructífero que relaciona la ciencia de meteoritos con la astronomía, la astrofísica y la física. El avance en el estudio de la génesis de determinados tipos de meteoritos se nutre de los estudios sobre dinámica y geofísica de sistemas planetarios.

La Cosmoquímica y la Astrobiología
El conocimiento de la química orgánica de las nubes moleculares, cometas, meteoritos y sus relaciones, crean un límite en los procesos que llevan al origen, evolución y distribución de la vida en la galaxia. El medio interestelar contiene gas H, cerca del 10% de He y 0.1% de átomos tales como C, N, y O. Solo el 1% de la masa esta contenida en granos de polvo microscópicos.
Un estudio detallado entre las conexiones del polvo interestelar, los cometas y los meteoritos puede dar los límites de la formación del Sistema Solar y la evolución temprana de la vida en la Tierra. Ese es el rol que los exo-biólogos atribuyen al material extraterrestre ya que sustentan la idea que los componentes orgánicos ya estaban presentes en el Sistema Solar temprano pueden haber jugado un rol clave en el origen de la vida primitiva.

La Cosmoquímica y la Geología
El estudio de meteoritos tiene con la geología su relación más estrecha. Esta relación se centra en la identificación de los procesos físicos y químicos que estuvieron activos en la nebulosa solar primigenia y su posterior evolución mediante el estudio de meteoritos.
Todas las ROCAS que podemos encontrar actualmente como meteoritos, se formaron dentro de la nebulosa solar, junto con el sol y los planetas. De allí que la historia de cada uno de los constituyentes de los meteoritos puede ser trazada teniendo como base los conocimientos y las técnicas empleadas para el estudio de una roca terrestre. Los resultados de estos estudios indican que una gran diversidad de procesos tuvo lugar en la formación de los constituyentes de los meteoritos.

Grupo cosmoquímica

Dra. Maria Eugenia Varela
Investigadora Independiente - CONICET

Lic. Marcela Saavedra
Becaria - CONICET
Tema: ESTUDIO DE LOS PROCESOS FÍSICO-QUÍMICOS INVOLUCRADOS EN LA FORMACIÓN DE METEORITOS MIXTOS

Lic. María Florencia Gerarduzzi
Becaria - CONICET
Tema: METEORITOS DE HIERRO: LAS INCLUSIONES SILICATADAS Y SUS RELACIONES CON LOS ACONDRITOS PRIMITIVOS

Ing. Jorge Godoy
Profesional Adjunto - CONICET

 

Teoría y Modelos

Modelos de gases, Modelos de atmósfera de estrellas enanas blancas

Esta area de trabajo trata sobre la elaboración de modelos de atmósferas de estrellas enanas blancas, con los objetivos de determinar las condiciones de borde para la integración de las ecuaciones de estructura interna de estas estrellas, y evaluar espectros sintéticos e índices de colores fotométricos que ayudan a la interpretación de datos provenientes de observaciones.

En esta línea de trabajo se colabora fundamentalmente con el Grupo de Evolución Estelar y Pulsaciones de la Universidad Nacional de La Plata.

También se realizan estudios mecánico-estadísticos de fluidos, destinados al cálculo de ecuaciones de estado termodinámicas y funciones de estructura para diversos modelos de gases. Parte de los trabajos se realizan en colaboración con el grupo de Física Estadística de la Universidad de Extremadura, España, y con el grupo de Física Teórica del Centro de Investigación en Energía de la UNAM, Morelos, México.

 

Medio intergaláctico

Enriquecimiento químico y re-ionización

Nuestra investigación esta enfocada en entender cómo es que las galaxias han ido cambiando al Universo a lo largo de toda su historia. El medio intergaláctico es el espacio entre las galaxias y contiene el ingrediente principal para formar estrellas y planetas: el hidrógeno. Históricamente, desde el origen del Universo, desde antes de que las primeras estrellas nacieran y hasta el día de hoy, el hidrógeno del medio intergaláctico fluye hacia las galaxias atraído por su fuerza de gravedad. Sin embargo, las galaxias, que nacen y se alimentan del medio intergaláctico, también lo han ido cambiando.

Las estrellas, a lo largo de su vida, procesan el hidrógeno y producen los demás elementos químicos de la tabla periódica. Mientras más estrellas se forman, más rica se vuelve la composición química de la galaxia en que habitan. Además, tanto el efecto colectivo de las estrellas de una galaxia, como el agujero negro super-masivo que comúnmente hay en su centro, son capaces de producir vientos que impulsan enormes cantidades de gas, arrastrando hidrógeno y demás elementos químicos hasta distancias muy lejanas, distancias intergalácticas. Por otro lado, las estrellas emiten radiación que logra escapar de la galaxia y que afecta al medio intergaláctico. De esta manera, a lo largo de la historia del Universo, las galaxias han modificado tanto la composición química como el estado (ionización) del medio que las rodea.

Nuestro trabajo en ICATE, es ayudar a construir una explicación para éstos procesos cósmicos. Diseñamos experimentos usando observaciones de telescopios grandes de ultima generación, los llevamos a cabo, y con nuestras pruebas vamos descartando hipótesis sobre como funciona el Universo.