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Química astronómica ¿Dónde? En las galaxias

Serie Entrevistas a Doctorandas/os FCAG

Florencia Collacchioni es Licenciada en Astronomía y está haciendo su Doctorado en esa disciplina. El tema de su tesis es "Evolución química de galaxias: relación masa-metalicidad y perfiles de abundancias". Dialogamos con ella para ingresar en las páginas de ese trabajo y, a la vez, conocer a una estudiante de doctorado de la Facultad de Cs. Astronómicas y Geofísicas de la UNLP.

Comenzó su doctorado en abril de 2016, junto con una beca de CONICET. “Luego de cuatro años, se viene el momento de plasmar todo mi estudio en una tesis con la idea de doctorarme a fin de este año, o principios de 2021”.

-Florencia, ¿cuál es el tema que elegiste para hacer tu doctorado en Astronomía?

Mi tema de estudio son las galaxias, que son principalmente gas y estrellas unidas gravitacionalmente. Me interesa saber cómo se forman y evolucionan, y lo hago a través de simulaciones, lo que significa que lo hago de manera teórica.

En particular, me centro en cómo es el enriquecimiento químico que tiene el gas de las galaxias y cómo eso afecta y/o explica otros comportamientos de las galaxias. Es un estudio que está bastante "de moda", dado que es un tema con mucho debate.

-Para desmenuzar el título de tu tesis, comentanos qué elementos están en la tabla química de una galaxia.

El hidrógeno es el elemento más abundante del Universo y puede encontrarse en casi todos lados. El oxígeno, carbono, nitrógeno, sodio, calcio, y hierro son algunos de los elementos que las estrellas fabrican. Elementos más pesados como el oro y la plata se han encontrado luego de una explosión de supernova y de la fusión de estrellas de neutrones.

Todos estos objetos y escenarios astrofísicos se encuentran en las galaxias. Una galaxia es, principalmente, un montón de estrellas y gas que están unidos gravitacionalmente e interactuando físicamente.

Algunas presentan una tasa mayor de explosiones de supernovas que otras, o forman estrellas en mayor o en menor medida, pero podemos afirmar que la mayoría de los elementos químicos se forman en las galaxias. El problema, muchas veces, es que de algunos elementos se forman pequeñas cantidades en comparación con otros y son más difíciles de observar con las técnicas actuales.

-Los metales presentes en una galaxia, seguramente ¡no es chatarra espacial!

En Astronomía, todo elemento que no sea hidrógeno y helio se le llama "metal" porque, independientemente de las características que puedan tener, resultan ser elementos mucho más pesados que esos dos. Entonces, la metalicidad es la cantidad de algún "metal" o "metales" que tiene una determinada galaxia o un conjunto de galaxias.
En particular, hay ciertos "metales" que resultan ser más estudiados en galaxias simplemente porque son más fáciles de encontrar: el oxígeno, el carbono, el hierro. Hay estudios con otros elementos, pero la mayoría están referidos a estos, principalmente al oxígeno.

Dicho esto, la relación masa-metalicidad relaciona la cantidad de estrellas que tienen las galaxias, en base a la cantidad de masa de estrellas, y la cantidad de elementos que las estrellas producen y expulsan, es decir, su metalicidad.
En mi trabajo, estudio la metalicidad proveniente del medio interestelar, que es el gas que se encuentra entre las estrellas que forman la galaxia.

Entonces, lo que nos dice esta relación masa-metalicidad es cómo es la producción de metales en las galaxias: cuanto más estrellas tiene una galaxias, mayor su masa estelar, más metales estuvo produciendo, o sea, mayor es su metalicidad.

La importancia de esta relación es que, dependiendo de los procesos físicos que generan y forman a las galaxias -lo cual se está actualmente estudiando- los tiempos de evolución y producción de metales varían, y eso se ve reflejado en la relación masa-metalicidad.

La forma en la que viven y mueren las estrellas, los flujos de gas que entran y salen de las galaxias, y las interacciones gravitatorias que tiene una galaxia con otras, entre otros factores, se traduce en cómo se ve esta relación y, de ahí, les astrónomes pueden sacar conclusiones de cómo las galaxias van formándose y evolucionando.

-También aparece el término abundancias...

Las abundancias es otra forma de estudiar o denominar a la metalicidad. Se habla de abundancias cuando se relaciona la cantidad de un elemento en relación a otro. En general se habla de la abundancia del oxígeno en función del hidrógeno (O/H), porque son elementos relativamente sencillos de encontrar en las galaxias al observarlas.

Entonces, los estudios de metalicidad pueden estar referidos a la abundancia de algún elemento, o de varios elementos en función del hidrógeno, o también directamente estudiar la cantidad de masa de uno o varios elementos. Se puede hacer, en la mayoría de los casos, comparaciones entre abundancias y masas de elementos.

-¿Estudias alguna galaxia en particular?

Mi área de estudio es la teórica, por lo que, en lugar de observar, estudio galaxias provenientes de una simulación. Debido a que es muy difícil volver a generar un Universo nuevo para hacer experimentos, se hace un universo "inventado" en computadoras que simule ser el Universo real para poder hacer pruebas y experimentos.

Estos nuevos "universos" pasan por distintas pruebas que aseguran que son lo suficientemente realistas, antes de poner manos a la obra. A su vez, hay muchos grupos de trabajo que tienen sus simulaciones y que estudian también galaxias de esta manera.
Lo que enriquece todos estos experimentos es que, usando fórmulas físicas más o menos similares, distintas simulaciones encuentran resultados parecidos y no tan parecidos, y así se va generando un mejor entendimiento de cómo funcionan las galaxias.

Debido a esto, no estudio una galaxia en particular, sino todas las que pueda, o sea, las que me permita mi simulación y, de esta manera, hago un estudio estadístico de comportamientos generales de galaxias.

Eso sí, a mis resultados tengo que compararlos con datos observados para que, más o menos, tengan sentido las conclusiones que encuentro.

Fondo de galaxias. Todos los objetos no puntuales en la imagen son galaxias de distinto tipo.

Acuerdos y discrepancias, motor de los avances científicos

-¿Dónde se centra el eje del debate?

Actualmente está en debate cómo es que los procesos involucrados en el enriquecimiento químico de las galaxias se relacionan, y cuáles tienen mayor relevancia. Hay acuerdos y discrepancias tanto en trabajos observacionales como teóricos.
La importancia del estudio de la metalicidad del gas es que está relacionado con un montón de otros procesos que modelan la formación y evolución de las galaxias.

Por ejemplo, la producción de metales y la eyección de estos en el medio interestelar pueden afectar luego el enriquecimiento químico. Cuantos más metales haya en el gas, más rápido se enfría y genera estrellas, que a su vez eyectan metales al morir, y así sucesivamente.

A su vez, la cantidad de metales se ve modificada por grandes flujos de gas que la diluyen, o no, así como también la eyección de grandes masas de gas hacia afuera de la galaxia pueden afectar el contenido químico.

Las interacciones o fusiones de galaxias también dejan su huella en la evolución del enriquecimiento químico. Todos estos procesos, entre otros, hacen que este estudio sea de gran relevancia.

Actualmente, hay técnicas de observación novedosas que han llevado este estudio a un siguiente paso, aunque con sus limitaciones, y entonces hay muchas más preguntas que la comunidad se está haciendo para entender cómo es este enriquecimiento.

Tesis bajo la lupa y en más detalle

La Directora de tesis de la Lic. Collacchioni es la Dra. Sofía A. Cora, Licenciada y doctorada en la Facultad de Cs, Astronómicas y Geofísicas de la UNLP. Trabaja en el Instituto de Astrofísica La Plata (IALP). Es Profesora en FCAG e Investigadora Independiente en CONICET.
La Co-directora es la Dra. Claudia Lagos. Se licenció en la Pontificia Universidad Católica (Chile), se doctoró en la Universidad de Durham, y actualmente trabaja como investigadora en el International Centre for Radio Astronomy Research (ICRAR) en Perth, Australia, que depende de la University of Western Australia.

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"Mi tesis se divide en tres grandes temas. Primero realicé el estudio de la relación masa-metalicidad, que nos dice qué galaxias con mayor masa de estrellas -mayor masa estelar- presentan también mayor enriquecimiento químico -mayor metalicidad- en su gas. Este estudio lo realicé con unas simulaciones del grupo Sistemas Estelares: Observaciones y Simulaciones (SEOS) en el que estoy trabajando en la Facultad de Cs. Astronómicas y Geofísicas. Mis resultados principales fueron que dependiendo de la tasa de formación estelar que tengan las galaxias, más fuerte, más débil, más corto o más largo en tiempo, impacta en cómo es la producción de metales y en cómo la masa-metalicidad evoluciona en el tiempo.

En segundo lugar, analicé los cambios en la metalicidad a medida que nos alejamos del centro de las galaxias. Aquí encontré que cuanto mayor es el flujo de gas que entra a la galaxia, más rápido cambia la producción de metales en la región interna hacia afuera. Es decir, se generan muy rápido metales en la región cercana al centro de la galaxia, y no tanto así, a medida que se aleja del centro. De forma análoga, si el flujo de gas que ingresa a la galaxia es menor, no hay tanta diferencia con la rapidez con que se producen los metales, lo que da idea de un enriquecimiento químico más homogéneo en las regiones internas/intermedias de las galaxias.

Finalmente, y actualmente en proceso, estoy estudiando cómo cambia la metalicidad en distintas regiones de galaxias cuando hay más o menos flujo de gas entrando a la galaxia, o algún otro proceso físico involucrado como la alta o baja tasa de formación estelar o cómo es la metalicidad del flujo de gas o las interacciones con otras galaxias. Estos últimos dos trabajos los estoy realizando con unas de las simulaciones del proyecto "EAGLE".

Se trata de una simulación destinada a comprender cómo se forman y evolucionan las galaxias. Este cálculo computarizado modela la formación de estructuras en un volumen cosmológico (más de 300 millones de años luz). Esto es lo suficientemente grande como para contener 10,000 galaxias del tamaño de la Vía Láctea o más grandes.

El universo de quien hace un Doctorado

Consultada sobre esto, la Lic. Collacchioni contó, "lo cierto es que la mayoría que hace un doctorado en nuestra carrera se tira de lleno sin saber muy bien a qué va el trabajo. Al menos, mi caso fue que la mayoría que estudia Astronomía es "inevitable" que siga con un doctorado, y bueno, seguí eso. A pesar de esto, mi experiencia es bastante positiva.

Los primeros años me costaba encontrarme y no me conformaba del todo con ninguna forma de trabajo, pero a medida que pasó el tiempo pude encontrar una manera con la que más o menos me siento cómoda -siempre se puede mejorar- y en donde disfruto lo que hago. Hay algunas tareas que disfruto más que otras, pero en general estoy teniendo una muy buena experiencia.
Tuve la oportunidad de visitar dos institutos en el exterior, uno en Australia y otro en Holanda, y estar trabajando allí un tiempo considerable como para poder comparar formas de trabajo y de relacionarse con otres colegas.

Ver otras formas de trabajo más allá que un mismo grupo o una misma Facultad, hace que también se tenga un panorama más amplio del trabajo, conocer qué prioridades se pueden tener y cuál es el costo trabajo/beneficio a considerar. No digo que haya que irse al exterior para eso, pero trabajar con personas externas que tengan otras experiencias siempre es enriquecedor".

Florencia Collacchioni, más aquí y más allá de la Astronomía

"La verdad es que elegí Astronomía por mera casualidad. Pensaba que no se hacía en el país y cuando me enteré que sí, me entusiasmé con el plan de estudios. La carrera en sí es larga y exigente, tanto en cantidad de horas de cursada como de estudio. Aunque es bastante más llevadera con un grupo de estudio y/o amigues que sabés que están en la misma que vos y que se ayudan mutuamente.
Ingresé a FCAG como estudiante de grado en Astronomía, hace bastante tiempo ya. Así es que pasar de ser estudiante de grado a estudiante de doctorado fue una continuación, básicamente. Los mayores cambios creo que los transité durante la carrera, donde tuve que mudarme de la ciudad donde crecí, Santa Teresita, empecé a participar de debates políticos y a tener miradas críticas sobre qué tipo de ciencia quiero construir, así como también la "utilidad" de la carrera. Éstas tampoco son cosas cerradas, pero tuvieron su primer choque en ese momento y cada tanto las vuelvo a pensar, a debatir.

En cuanto a la salida laboral, en nuestra Facultad casi que solamente plantean la salida de la investigación y, más allá que en mi caso me gustara, sería interesante que se planteen otras salidas, o al menos qué posibilidades laborales se tiene con lo que se ve en la carrera.

Durante mi tiempo como estudiante de grado participé de la Agrupación estudiantil INTI como Vocal del Centro de Estudiantes, así como también comencé a trabajar de docente de la UNLP en las Facultades de Ingeniería y en la Facultad de Cs. Astronómicas y Geofísicas. Una vez recibida, seguí con mi trabajo docente hasta el momento actualmente sólo en FCAG. También me intereso por cuestiones de género dentro y fuera de esta Facultad y he participado de actividades realizadas por la Comisión de Género del Observatorio". (Espacio feminista independiente)

Enlace a los trabajos de la Lic. Florencia Collacchioni, como autora principal y/o en colaboración

 

 

Actualizado el 06/04/2020