Responsable: JORGE LUIS CERVANTES COTA

Objetivos:

Realizar investigaciones sobre fenómenos en astrofísica, cosmología y fluidos. En particular:

1. Desarrollo de un código SPH para su aplicación en sistemas astrofísicos y cosmológicos
2. Investigar escenarios y soluciones cosmológicas que son posibles en las teorías escalar tensoriales, mundos branas y teorías f(R). Investigar escenarios físicos como la inflación, reheating, bariogénesis, nucleosíntesis, oscilaciones acústicas del plasma primigenio, formación de estructura y modelos del Universo tardío, tales como Quintaesencia. Contrastar estas soluciones con las obtenidas por la cosmología estándar
3. Determinar los límites de validez de las teorías arriba mencionadas mediante la contraposición de las diferentes mediciones astronómicas, como las realizadas por el satélite WMAP y otras, con las predicciones teóricas al respecto, e.g. producción de perturbaciones escalares, vectoriales y tensoriales.
4. Desarrollo de un código SPH para su aplicación en dinámica de fluidos complejos y cavidades diversas

Antecedentes:

El presente proyecto es continuación del proyecto realizado en 2008, el cual plantea el estudio de diversos problemas astrofísicos, cosmológicos, y algunas aplicaciones de dinámica de fluidos en ciencia e ingeniería. La idea general es aplicar técnicas teóricas y numéricas para el estudio de las propiedades del Universo temprano (inflación, reheating, bariogénesis, nucleosíntesis, oscilaciones acústicas del plasma primigenio), formación de estructura y modelos del Universo tardío, tales como Quintaesencia. Dichos estudios se realizan en el contexto del modelo estándar de cosmología y del modelo estándar de partículas, pero también en modelos y teorías alternativas como teorías escalares-tensoriales, modelos efectivos de cuerdas y f(R). Algo importante es la comparación de los resultados con las observaciones, tanto a nivel astrofísico y cosmológico, como con resultados de los laboratorios de altas energías. Dicha comparación nos lleva a validar o desechar entre los diferentes escenarios y modelos teóricos considerados.

Las técnicas empleadas en los problemas arriba mencionados se aplican también a la solución de diversos problemas de dinámica de fluidos: flujo en tuberías, en cavidades cerradas y estudio de fluidos complejos.

Beneficios:

Investigación y desarrollo de ciencia básica y aplicaciones a mecánica de fluidos. Formación de recursos humanos de licenciatura, maestría y doctorado.

Logros Obtenidos:

En este proyecto se realizaron investigaciones de fenómenos en astrofísica, cosmología y aplicaciones a sistemas fluidos. Los sistemas en astrofísica de nuestro interés son estrellas, galaxias, cúmulos de galaxias y el Universo. Por otro lado, los sistemas fluidos son flujos en cavidades o canales, dispersión de contaminantes en la atmósfera, sistemas de mezclas binarias de gases nobles, entre otros sistemas. Todos estos sistemas tienen en común que se pueden modelar con métodos de N-cuerpos, por lo que pueden ser estudiados numéricamente con una metodología única. Por supuesto que cada sistema en específico tiene su teoría básica la cual se traduce en un sistema de ecuaciones diferenciales parciales. En el 2009 logramos sintetizar mejor esta metodología y ha sido traducida a códigos numéricos, los cuales han sido paralelizados, así mismo hemos hecho avances en las teorías fundamentales que nos describen a estos sistemas en particular. En seguida hacemos una breve descripción de la aplicación de estos logros:

1. Desarrollamos un modelo de materia oscura (la cual representa el 24% del total de materia del Universo) usando una teoría alternativa a la gravedad (teoría escalar tensorial) y hemos traducido sus ecuaciones fundamentales a códigos numéricos que nos permiten discernir si este modelo es apropiado para describir a la materia oscura. Se estudiaron las predicciones de tal teoría y se contrastaron con las de la teoría de la Relatividad General de Einstein, encontrándose que los valores de los parámetros de esa teoría son compatibles con las observaciones.

2. Se analizaron las consecuencias de la existencia de un campo escalar en diversas galaxias espirales y se contrastaron las predicciones con la teoría newtoniana. Se encontraron diferencias importantes en la cinemática galáctica, en particular, en el perfil de rotación de las estrellas alrededor del centro galáctico. También se encontraron los valores de los parámetros de esa teoría que son compatibles con las observaciones.

3. Se realizó un extenso estudio de la evolución de primeras estrellas con pérdida de masa encontrándose resultados muy interesantes. En otro estudio se analizó la influencia de tasas de reacciones nucleares reportadas recientemente en la literatura en la evolución de las estrellas. Un resultado es que las estrellas se vuelven menos rojas durante su evolución. También se realizaron dos estudios del colapso y fragmentación de nubes rotantes protoestelares. En el primero se analizó la formación de sistemas binarios y múltiples cuando el perfil inicial de masa es el de Plummer. Para este estudio se utilizó una ecuación de estado que incluye un parámetro que determina la transición del colapso isotérmico al adiabático. Se estudió la dependencia del valor de este parámetro en el proceso de la fragmentación. Para el segundo estudio, se analizó la evolución que se produce como resultado de la colisión de dos nubes moleculares. En las etapas subsecuentes a la colisión se generan diversos tipos de inestabilidades que induce el colapso y fragmentación de la nube.

4. Aplicaciones a otros fluidos. Se desarrolló un código SPH para su aplicación en dinámica de fluidos complejos y cavidades diversas. El código pasó satisfactoriamente las primeras pruebas, al reproducir resultados de soluciones exactas y se continúa con pequeñas adecuaciones y ajustes al mismo.

Productos

Artículos en revistas arbitradas (incluye artículos arbitrados en memorias de congresos)

1. A spherical scalar-tensor galaxy model. Autores: Jorge L. Cervantes-Cota, M.A. Rodríguez-Meza y Darío Nuñez. Phys. Rev. D. 79, 064011, 2009.
2. An Observation made in 1602 of an Aurora in North America, Autores: Salvador Galindo y Diego Galindo, Journal of Atmospheric and Solar-Terrestial Physics, Vol. 71, págs. 1222-1224, 2009.
3. Los misterios del Universo. Autores: George F. Smoot, Axel de la Macorra y Jorge L. Cervantes Cota. Enviado a: Investigación y Ciencia (Scientific American en Español).
4. Dinámica de poblaciones: la influenza en México. Autores: M.A. Rodríguez-Meza, J.L. Cervantes-Cota y S. Galindo-Uribarri. Enviado a: Revista Mexicana de Física.
5. Arreaga-García, G., Klapp, J. y Gomez-Ramirez, F., 2009, “The gravitational collapse of Plummer protostellar clouds”, Astronomy and Astrophysics Vol. 509, A96 (2010), pags. 1-15.
6. Bahena, D. y Klapp, J., 2009, “The first stars I. Evolution without mass loss”, Astrophysics and Space Science, enviado.
7. Bahena, D. y Klapp, J., 2009, “The first stars II. Evolution with mass loss”, Astrophysics and Space Science, enviado.
8. Arqueometría y traza urbana en Teotihuacán. Autores: Salvador Galindo y Jaime Klapp. Ciencia Ergo Sum, vol. 16, pags. 199-212, 2009.
9.  Las matemáticas de las epidemias: caso México 2009 y otros, autores: Salvador Galindo, Mario Rodríguez y Jorge Cervantes. Aceptado en "Ciencia" de la Academia Mexicana de Ciencias.
10.  Método de N-cuerpos en astrofísica. Autor: M.A. Rodríguez-Meza. En: Métodos Numéricos en Astrofísica, Editado por: T. Matos, M.A. Rodríguez-Meza y J. Sánchez-Cancino. Instituto Avanzado de Cosmología. Paginas: 1-40. En imprenta.
11.  El Universo invisible. Autores: M.A. Rodríguez-Meza, J.L. Cervantes-Cota y J. Klapp. En: Actividad Científica y Tecnológica del ININ. Editado por: M. Brena, G. Duque, M. Jiménez, F. Monroy, y S. Romero. Enviado.
12.  Métodos Numéricos en Astrofísica, Editado por: T. Matos, M.A. Rodríguez-Meza y J. Sánchez-Cancino. Instituto Avanzado de Cosmología. En inprenta.

Artículos en extenso publicados en memorias de congresos

1. Klapp, J. y Bahena, D., 2009, “Fundamentals of the Theory of Stellar Evolution”, Lecture notes of the VI Mexican School of Nuclear Physics, AIP Conference proceedings, Ed. Padilla-Rodal, E. (Eds), pp. 1-35, aceptado.
2. Cosmological simulations: the role of scalar fields. Autor: M.A. Rodríguez-Meza. In Proceedings of the XIII Mexican School of Particles and Fields. Edited by A. Ayala, et al. (American Institute of Physics, New York, 2009). Pags. 171-178.
3. Klapp, J. y Bahena, D., 2009, “Fundamentos de la Teoría de Evolución Estelar”, Notas de la VI Escuela Mexicana de Física Nuclear, pp. 1-46, Padilla-Rodal, E., Arceo-Reyes, R. y Vega-Castro, J. J. (Eds.), División de Física Nuclear de la Sociedad Mexicana de Física.

Presentaciones en Congresos Nacionales

• Jorge L. Cervantes Cota, presentación de la plática “Induced gravity: dark energy and dark matter” en la escuela internacional “Cosmology on the Beach”, Los Cabos, B.C.S., 12-16 enero del 2009.
• Jorge L. Cervantes Cota, participación en la conferencia “Invisible Universe” realizada en París, Francia, del 29 de junio al 3 de julio del 2009. Organizador: Observatorio de París. Ponencia: “A spherical scalar-tensor galaxy model”.
• Dr. Mario A. Rodríguez Meza, asiste al Cosmology on the Beach, organizado por el Instituto Avanzado de Cosmología, con sede en los Cabos, B.C.Sur del 12 al 16 de enero de 2009, para presentar el trabajo: “Analysis of Rotation Curves of Spirals in the Framework of alternative Theories of Gravity.
• M.A. Rodríguez-Meza, Curso invitado “Introducción a Mathematica y su uso en la Física del Estado Sólido” en el 3er Simposium de Ingenería de Materiales y 1er Simposium de Ingeniería Química, organizados por la Facultad de Ingeniería Química de la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. Puebla 11-13 de marzo de 2009.
• M.A. Rodríguez-Meza, Curso invitado “Cómputo paralelo usando MPI: Simulaciones de N-cuerpos en la física” en la escuela de cómputo: Clusters de Alto Desempeño en el Estudio de Problemas Científicos, organizada por la Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo y el Departamento de Física del CINVESTAV. Pachuca, Hidalgo. 18-21 de agosto de 2009.
• M.A. Rodríguez-Meza, participación en el congreso internacional Spanish Relativity Meeting ERE2009 organizada por el Departamento de Física e Historia de la Ciencia de la Universidad del País Vasco. Bilbao, España. 7-11 septiembre de 2009.
• M.A. Rodríguez-Meza, Plática invitada “Mathematica en la Educación” en el XII Coloquio para la Enseñanza de las Matemáticas, organizado por la Universidad de la Salle Bajío. León, Gto. 22-23 de octubre de 2009.
• M.A. Rodríguez-Meza, Curso invitado “Curso Práctico de Mathematica” en el XII Coloquio para la Enseñanza de las Matemáticas, organizado por la Universidad de la Salle Bajío. León, Gto. 22-23 de octubre de 2009.
• M.A. Rodríguez-Meza, Plática invitada “El problema de N-cuerpos: Fluidos complejos y otras aplicaciones” en el congreso Primera Reunión de la Red Temática: Materiales Complejos, Inteligentes y Nanoestructurados organizado por el Instituto de Física, BUAP. Puebla, Pue. 4-6 de noviembre de 2009.
• M.A. Rodríguez-Meza, Plática invitada “Dinámica de poblaciones: la influenza en México” en el congreso 3ra Reunión Nacional de Caos, Sistemas Complejos y Series de Tiempo organizada por el Instituto de Física, BUAP. Puebla, Pue. 25-27 de noviembre de 2009.
• Salvador Galindo, jefe de delegación mexicana en “International Physics Olympiade” , Mérida, Yucatan, Julio 2009. El equipo obtuvo dos medallas de bronce.
• Dr. Salvador Galindo U., asiste como Líder de la Delegación que representa a México, en la XIV Olimpiada Internacional de Física del 27 de septiembre al 4 de octubre, que organiza la Sociedad Mexicana de Física en Santiago Chile.
• Dr. Jaime Klapp, realiza una estancia de investigación para estudiar la evolución de estrellas muy masivas de la primera generación, en el Departamento de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de California, del 11 al 26 de Julio de 2009 en Pasadena, California USA.
• Dr. Jaime Klapp llevó a cabo la presentación del Software de Simulación Numérica COMSOL, el 18 de agosto de 2009, en el Auditorio General del ININ, expositores: C.C. Mauricio A. Sánchez y Mats Gustafsson.
• Dr. Jaime Klapp es invitado por el Gobierno del Estado de México, para que asista el 14 de septiembre del año en curso, a la sesión del Comité de Evaluación para la Convocatoria 2009-C01- del Fondo Mixto Conacyt – Gobierno del Estado de México.

Formación de Recursos Humanos

Tesis de licenciatura

1. Arturo Arreola Lucas, proyecto terminal de la licenciatura en Ingeniería Física, título: Formación de estructura en el universo: Teoría lineal, C. Tesina terminada el 30 de abril del 2009.
2. Aldo Ariel Fierro Rodríguez, proyecto terminal de la licenciatura en Ingeniería Física, título: Bariogénesis en la escala electrodébil, Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco. Fecha de conclusión: 31 de octubre del 2009.
3. Eduardo García Amador, tesis de licenciatura, Ajustes a curvas de rotación galácticas en teorías f(R), facultad de ciencias de la UNAM. Proyecto iniciado: Julio/2009.
4. Aztlán Elohim Bastarrachea Almodóvar, tesis de Licenciatura en Ingeniería Física, Supernovas y la Expansión Acelerada del Universo, Instituto de Ingeniería y Tecnología de la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. Fecha de conclusión: 27 de noviembre del 2009.
5. Edna Jazmín Hurtado Rodríguez, tesis de Licenciatura en Ingeniería Física, Halos de materia oscura en galaxias espirales, Instituto de Ingeniería y Tecnología de la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez. Fecha de conclusión: 3 de diciembre del 2009.

Tesis de maestría

1. Miguel Zavala, Título de la Tesis: “El efecto de la radiación de estrellas y nubes vecinas en el Colapso y fragmentación de núcleos de nubes moleculares”, IFUNAM. En proceso, fecha estimada de terminación: diciembre del 2010. Asesor: Jaime Klapp.
2. Alejandro Avilés Cervantes, maestría en física, título: Teorías de Gravitación: consecuencias astrofísicas y cosmológicas, del postgrado en ciencias físicas de la UNAM. Asesor: Jorge Cervantes.

Tesis de doctorado

1. Alejandro Avilés Cervantes, doctorado en física, título: Teorías de Gravitación: consecuencias astrofísicas y cosmológicas, postgrado de ciencias físicas de la UNAM, 1er año de doctorado. Asesor: Jorge Cervantes.
2. Josué De Santiago Sanabria, doctorado en física, título: Formulación de modelos unificados de materia oscura, energía oscura e inflación, postgrado de ciencias físicas de la UNAM, 1er año de doctorado. Asesor: Jorge Cervantes.
3. Fernando Gómez Ramírez, tesis de doctorado, Colapso y fragmentación de nubes moleculares en distintas épocas del universo, facultad de ciencias, UAEM. En proceso, fecha estimada de terminación: diciembre del 2009. Asesores: Jaime Klapp y Jorge Cervantes.
4. Eduardo de la Cruz Sánchez. Departamento de Ciencias Computacionales, Instituto Tecnológico de Toluca. Título de la Tesis: “Simulación de la migración de radionúclidos en suelo”. Fecha estimada de terminación: diciembre de 2011. Asesores: Luis Carlos Longoria Gandara y Jaime Klapp.
5. Roberto González Galán. Universidad Autónoma del Estado de México (Programa ININ-UAEM). Título de la Tesis: “Decaimiento y difusión de radionúclidos en medios porosos”. Fecha estimada de terminación: diciembre de 2011. Asesor: Jaime Klapp.

Proyectos CONACYT vigentes

Proyecto Conacyt 2008-2011, número 84133, intitulado “Teorías alternativas de la gravitación: consecuencias astrofísicas y cosmológicas”.

Varios

Dr. Jorge Luis Cervantes Cota:

• Organizador de la escuela internacional “Cosmology on the Beach”, realizado en Los Cabos, B.C.S., 12-16 de enero, en conjunto con el Instituto Avanzado de Cosmología (México), el Berkeley Center for Cosmological Physics (EEUU) y el Cluster of Excellence Universe (Alemania).
• Sinodal de tesis de licenciatura de Jesús Misráyim Rueda Becerril, título: Solución numérica de geodésicas nulas para la generación de lentes gravitacionales producidas por espacio tiempos esféricamente simétricos estáticos, Facultad de Ciencias, UAEM.Fecha de examen: 29 de mayo de 2009.
• Sinodal de tesis de maestría de César Antonio Merlín González, título: Perturbaciones en el régimen lineal para las teorías escalares-tensoriales de la gravitación y tratamiento cosmológico, Postgrado en Ciencias Físicas, UNAM. Fecha: 30 de julio de 2009.
• Obtención de beca sabática “2009 UC MEXUS-CONACYT Visiting Scholar Fellowship” para realizar año sabático en el Berkeley Center for Cosmological Physics (BCCP), situado dentro del Lawrence Berkeley Labs de la Universidad de California campus Berkeley.  
• Impartición de la plática: "Curvas de Rotación Galáctica en Teorías Alternativas de Gravedad", el jueves 17 de septiembre, en la Universidad Autónoma de Michoacán de San Nicolás Hidalgo.
• Impartición de la plática: "El Lado Oscuro del Universo: un Reto para la Ciencia Contemporánea", el viernes 18 de septiembre, en la Universidad Latina de América
• Realización de la estancia de investigación en el Berkeley Center for Cosmological Physics del 01/noviembre/2009 al 31/octubre/2010.

Dr. Mario Alberto Rodríguez Meza:

• Co-organizador de los seminarios “Astronomía en la Ibero” en el marco del año internacional de la astronomía. Universidad Iberoamericana e Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares.
• Participación en la escuela internacional “Cosmology on the Beach”, realizado en Los Cabos, B.C.S., 12-16 de enero, en conjunto con el Instituto Avanzado de Cosmología (México), el Berkeley Center for Cosmological Physics (EEUU) y el Cluster of Excellence Universe (Alemania).
• Plática: Dinámica galáctica en el marco de las teorías escalares-tensoriales. Seminarios “Jesús Reyes Corona”, Instituto de Física, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla. 12 de junio de 2009.
• Jurado de la tesis de licenciatura: “Solución numérica de geodésicas nulas para la generación de lentes gravitacionales producidos por espaciotiempos esféricamente simétricos estáticos”, Jesús Misráyin Rueda Becerril. Facultad de Ciencias, Universidad Autónoma del Estado de México. 29 de mayo de 2009.
• Asistencia al curso de Inflación organizado por el Instituto Avanzado de Cosmología. Cuernavaca Mor. 18-20 de noviembre de 2009.
• Plática: Mathematica en la educación y el Universo invisible. Facultad de Ciencias Físico-Matemáticas, BUAP. Puebla, Pue. 12 de noviembre de 2009.
• Plática: Mathematica en la educación y el Universo invisible. Universidad Anáhuac del Sur. México, D.F. 13 de noviembre de 2009.
• Plática: Mathematica y el Universo invisible. CUCEI, Universidad de Guadalajara. Guadalajara, Jal. 23 de noviembre de 2009.

Jurado de la tesis de licenciatura: “Implicaciones de la Gravedad Modificada MOND. Las galaxias M33 y NGC 4605”, Eliut Arriaga Cuali. Facultad de Ciencias, Universidad Nacional Autónoma de México. Octubre de 2009.

Vinculación:

UNAM: Instituto de Física, Instituto de Ciencias Nucleares, Instituto de Astronomía; CINVESTAV; Berkeley Center for Cosmological Physics, del Lawrence Berkeley National Lab.