Os astrônomos não podem tocar as estrelas que estudam, mas a astrofísica Nia Imara está usando modelos tridimensionais que cabem na palma de sua mão para desvendar as complexidades estruturais de berçários estelares, as vastas nuvens de gás e poeira onde ocorre a formação de estrelas.

Imara e seus colaboradores criaram os modelos usando dados de simulações de nuvens em formação de estrelas e um sofisticado processo de impressão 3D em que as densidades e gradientes em escala fina das nuvens turbulentas são incorporados em uma resina transparente. Os modelos resultantes - os primeiros berçários estelares impressos em 3D - são esferas altamente polidas do tamanho de uma bola de beisebol (8 centímetros de diâmetro), em que o material de formação de estrelas aparece como aglomerados e filamentos rodopiantes.

"Queríamos um objeto interativo para nos ajudar a visualizar as estruturas onde as estrelas se formam, para que possamos entender melhor os processos físicos, "disse Imara, um professor assistente de astronomia e astrofísica na UC Santa Cruz e primeiro autor de um artigo que descreve esta nova abordagem publicado em 25 de agosto em Cartas de jornal astrofísico .

Um artista, além de astrofísico, Imara disse que a ideia é um exemplo de ciência imitando a arte. "Anos atrás, Esbocei um retrato meu tocando uma estrela. Mais tarde, a ideia acabou de clicar. A formação de estrelas dentro de nuvens moleculares é minha área de especialização, então, por que não tentar construir um? ", disse ela.

Ela trabalhou com o co-autor John Forbes no Centro de Astrofísica Computacional do Flatiron Institute para desenvolver um conjunto de nove simulações que representam diferentes condições físicas dentro de nuvens moleculares. A colaboração também incluiu o co-autor James Weaver na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas da Universidade de Harvard, que ajudou a transformar os dados das simulações astronômicas em objetos físicos usando impressão 3D multimaterial de alta resolução e foto-realística.

Os resultados são visualmente impressionantes e cientificamente esclarecedores. "Apenas esteticamente, eles são realmente incríveis de se olhar, e então você começa a notar as estruturas complexas que são incrivelmente difíceis de ver com as técnicas usuais para visualizar essas simulações, "Forbes disse.

Por exemplo, estruturas em forma de folha ou em forma de panqueca são difíceis de distinguir em fatias ou projeções bidimensionais, porque uma seção de uma folha parece um filamento.

“Dentro das esferas, você pode ver claramente uma folha bidimensional, e dentro dele estão pequenos filamentos, e isso é incompreensível da perspectiva de alguém que está tentando entender o que está acontecendo nessas simulações, "Forbes disse.

Os modelos também revelam estruturas que são mais contínuas do que apareceriam em projeções 2D, Disse Imara. "Se você tem algo girando no espaço, você pode não perceber que duas regiões estão conectadas pela mesma estrutura, então, ter um objeto interativo que você pode girar em sua mão nos permite detectar essas continuidades com mais facilidade, " ela disse.

As nove simulações nas quais os modelos são baseados foram projetadas para investigar os efeitos de três processos físicos fundamentais que governam a evolução das nuvens moleculares:turbulência, gravidade, e campos magnéticos. Alterando diferentes variáveis, como a força dos campos magnéticos ou a velocidade com que o gás se move, as simulações mostram como diferentes ambientes físicos afetam a morfologia de subestruturas relacionadas à formação de estrelas.

As estrelas tendem a se formar em aglomerados e núcleos localizados na interseção dos filamentos, onde a densidade do gás e da poeira torna-se alta o suficiente para a gravidade assumir o controle. "Achamos que os spins dessas estrelas recém-nascidas dependerão das estruturas em que se formam - estrelas no mesmo filamento 'saberão' sobre os spins umas das outras, "Imara disse.

Com os modelos físicos, não é preciso um astrofísico com experiência nesses processos para ver as diferenças entre as simulações. "Quando olhei para as projeções 2D dos dados de simulação, muitas vezes era difícil ver suas diferenças sutis, enquanto com os modelos impressos em 3D, era óbvio, "disse Weaver, que tem formação em biologia e ciência dos materiais e usa rotineiramente a impressão 3D para investigar os detalhes estruturais de uma ampla gama de materiais biológicos e sintéticos.

"Estou muito interessado em explorar a interface entre a ciência, arte, e educação, e sou apaixonado por usar a impressão 3D como uma ferramenta para a apresentação de estruturas e processos complexos de uma forma facilmente compreensível, ", Disse Weaver." A impressão 3D baseada em extrusão tradicional só pode produzir objetos sólidos com uma superfície externa contínua, e isso é problemático ao tentar representar, gases, nuvens, ou outras formas difusas. Nossa abordagem usa um processo de impressão 3D semelhante a jato de tinta para depositar pequenas gotas individuais de resina opaca em locais precisos dentro de um volume circundante de resina transparente para definir a forma da nuvem em detalhes requintados. "

Ele observou que, no futuro, os modelos também poderiam incorporar informações adicionais por meio do uso de cores diferentes para aumentar seu valor científico. Os pesquisadores também estão interessados ​​em explorar o uso da impressão 3D para representar dados observacionais de nuvens moleculares próximas, como aqueles na constelação de Orion.

Os modelos também podem servir como ferramentas valiosas para educação e alcance público, disse Imara, que planeja usá-los em um curso de astrofísica que ela ensinará neste outono.