Responsable: JAIME LAZARO KLAPP ESCRIBANO

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 2010 hemos avanzado en esta metodología y ha sido traducida a códigos numéricos, los cuales han sido paralelizados. Se han hecho asimismo avances en las teorías fundamentales que describen estos sistemas en particular. Enseguida se hace una breve descripción de las aplicaciones de estos logros.

1. Se realizó un estudio de lentes gravitacionales y curvas de rotación en galaxias, considerando un modelo de fluido perfecto para el halo galáctico (modelo estándar) y un modelo de campo escalar como responsable del halo. Se analizaron las consecuencias de ambos modelos y discutieron sus consecuencias observacionales. Este estudio constituye una nueva prueba para discernir entre materia oscura fría y un campo escalar que juegue su papel a nivel galáctico.
2. Se realizó un estudio dinámico de las consecuencias cosmológicas en la teoría de gravedad inducida y en la teoría escalar-tensorial en el que se analizan estos campos como responsables de la aceleración actual del universo. Se encontraron soluciones estables para conjuntos de parámetros posibles con diferentes potenciales del campo escalar y diferentes acoplamientos del mismo con la materia oscura.
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.

Publicaciones

Artículos publicados en revistas extranjeras:

1. Testing dark matter halos using rotation curves and lensing: A warning on the determination of the halo mass. Autores: Darío Núñez, A.X. González-Morales, Jorge L. Cervantes-Cota y Tonatiuh Matos. Phys. Rev. D 82, 024025 (2010).
2. Induced Gravity and the Attractor Dynamics of Dark Energy/Dark Matter. Autores: Jorge L. Cervantes-Cota, Roland de Putter, Eric V. Linder JCAP 12 (2010) 019.  
3. Power spectrum of large-scale structure cosmological models in the framework of scalar-tensor theories. M.A. Rodríguez-Meza J. Phys. Conf. Series 229 (2010) 012063.
4. Arreaga-García, G., Klapp, J. y Gomez-Ramirez, F., 2010, “The gravitational collapse of Plummer protostellar clouds”, Astronomy and Astrophysics 509, A96.
5. Bahena, D. y Klapp, J., 2010, “The first stars I. Evolution without mass loss”, Astrophysics and Space Science 327, 219-232.
6. Bahena, D., Klapp, J. y Dehnen, H., 2010, “Nuclear reaction rates and opacity in massive star evolution calculations”, Journal of Physics Conference Series 239, 012004 (http://iopscience.iop.org/1742-6596/239/1/012004).
7. Klapp, J. y Bahena, D., 2010, “The theory of stellar evolution and nucleosynthesis”, VI Mexican Nuclear Physics School, AIP Conference proceedings 1271, 216-250, Padilla-Rodal, E. (Eds).

Artículos publicados en revistas nacionales:

1. Díaz-Herrera, E., Klapp, J. y Rosas-Cabrera, J.C., 2010, “¿Es importante en México la construcción de Centros de Cómputo de Alto Rendimiento? y ¿Estamos preparados para construirlos?  Boletín de la Sociedad Mexicana de Física 24(1), 23-28.

Congresos Internacionales

1. Escuela Internacional “Cosmology on the Beach”. Coorganizadores. Instituto Avanzado de Cosmología (México) y Berkeley Center for Cosmological Physics (EEUU). Playa del Carmen, Q.R., 11 al 15 de enero de 2010.
2. 19 Congreso Internacional “General Relativity and Gravitation, GR19”. Coorganizadores. Sociedad Internacional de Gravitación, México D.F., julio de 2010. Presentación de la ponencia “Interacting dark energy with matter and curvature” y presentación por invitación de “Standard Dark Energy Constructions” en el panel de discusión de Cosmología.
3. Mathematica y el Universo Invisible (platica invitada). M.A. Rodríguez-Meza, Conferencia Mathematica 2010, Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales, Universidad de Costa Rica. San José, Costa Rica, 17 y 18 de marzo de 2010.
4. Aplicaciones Diarias de Mathematica en la Ciencia: La Materia Oscura en las Galaxias y la Epidemia Mexicana (platica invitada) M.A. Rodríguez-Meza, Conferencia Mathematica 2010, Laboratorio Nacional de Materiales y Modelos Estructurales, Universidad de Costa Rica. San José, Costa Rica, 17 y 18 de marzo de 2010.
5. Formación de Estructura de Gran Escala en el Universo y Dinámica de Galaxias (plática invitada) M.A. Rodríguez-Meza, Seminario Internacional Enzo Levi, División de Dinámica de Fluidos de la SMF. Instituto Nacional de Investigaciones Nucleares, 6 y 7 de mayo de 2010.

Congresos Nacionales

1. Impartición del curso de cuatro sesiones “Aspectos modernos de Cosmología” por invitación. “VIII Taller de la División de Gravitación y  Física Matemática de la Sociedad Mexicana de Física”; Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, 22 al 26 de noviembre del 2010.
2. Un modelo hidrodinámico de halos de galaxias. M.A. Rodríguez-Meza, A. Hernández-Almada, T. Matos. XVI Congreso de Dinámica de Fluidos de la División de Dinámica de Fluidos de la SMF, Boca del Río, Veracruz, 25-29 de octubre de 2010.
3. Análisis de estabilidad de Jeans para halos de campo escalar, M.A. Rodríguez-Meza, A. Hernández-Almada, T. Matos. VIII Taller de la División de Gravitación y Física Matemática de la SMF, Tuxtla Gutierrez, Chiapas, 22-26 de noviembre de 2010.

Tesis de licenciatura

1. Eduardo García Amador, “Ajustes a curvas de rotación galácticas en teorías f(R)”. Facultad de Ciencias de la UNAM, 6 de mayo de 2010. Asesor: Jorge Cervantes.

Tesis de maestría

1. Josué de Santiago Sanabria, tesis de maestría en Ciencias Físicas de la UNAM: “Modelos unificados de materia oscura, energía oscura e inflación”, 8 de enero de 2010. Asesor: Jorge Cervantes.
2. Alberto Hernández Almada, tesis de maestría “Formación de Estructura con Campos Escalares: La Visión Hidrodinámica”. Departamento de Física, CINVESTAV, 19 de noviembre de 2010. Asesor: Mario A. Rodríguez-Meza.

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:

1. Sinodal de tesis de maestría de Jesús Edel Cereceres Delgado: “Generación de perturbaciones primordiales no gausianas”, postgrado en Ciencias Físicas, UNAM. Fecha: 1 de diciembre de 2010.
2. Seminario “Dark matter from dark energy-baryonic matter couplings” presentado en el Lawrence Berkeley National Laboratory de la Universidad de California en Berkeley. Fecha: 29 de octubre de 2010.
3. Estancia de investigación en el Berkeley Center for Cosmological Physics, del 1 de noviembre de 2009 al 31 de octubre de 2010.

Dr. Mario Alberto Rodríguez Meza:

1. Organizador de los seminarios del Instituto Avanzado de Cosmología, IF-UNAM.
2. Dinámica espacial y temporal de poblaciones infectadas: Caso de la influenza A/H1N1-2009. M.A. Rodríguez-Meza, Conferencia en Jueves de la Ciencia y la Tecnología, Universidad Autónoma de la Ciudad de México, Plantel Cuautepec, México D.F., 22 de abril de 2010.
3. Formación de estructura de gran escala en el Universo, M.A. Rodríguez-Meza, Seminario del grupo de Gravitación y Física Matemática. Departamento de Física, CINVESTAV. México, D.F. 29 de abril de 2010.
4. El papel de la materia oscura en la formación de estructura en el universo y en la dinámica de galaxias espirales, M.A. Rodríguez-Meza, Coloquio del grupo de Geometría y Gravitación, Departamento de Física, CINVESTAV. México, D.F., 19 de mayo de 2010.

Vinculación:

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