El estudio de las nebulosas planetarias (NPs) ha llegado a una fase nueva. Contrario a teorías previas, las observaciones de NPs jóvenes y pre-planetarias (NPPs) indican que el principal proceso de la formación de estructuras complejas tridimensionales sucede durante la transición de la fase AGB a NP. Aparentemente, el proceso lleva solo unas décadas a siglos. Posteriormente los procesos de ionización e hidrodinámica contribuyen a cambios secundarios de la estructura impuesta inicialmente. _x000D_ _x000D_ En este proyecto investigamos cómo se lleva a cabo la transición de la estructura cercana a esférica a estructuras altamente asimétricas durante la fase de PPN y PN y posteriormente a una nueva fase de mayor esfericidad. _x000D_ _x000D_ Los estudios de la evolución de NPs por medio de simulaciones hidrodinámicas numéricas durante las últimas dos décadas han puesto poco énfasis en cuantificar la influencia de la fotoionización en la evolución de la estructura tridimensional y el campo de velocidad. Por ello, en primer lugar, realizaremos estudios de simulaciones hidrodinámicos con transporte radiativo para evaluar cómo la fotoionización contribuye al cambio de estructura. Aquí no solo veremos la estructura morfológica, sino que investigaremos especialmente el campo de velocidad y sus desviaciones de una expansión homóloga. Aplicaremos el programa de modelado morfo-cinemático “Shape” para modelar objetos particulares para validar los resultados de simulaciones con observaciones de NPs reales._x000D_ _x000D_ En segundo lugar estudiaremos la fase de transición post-AGB por medio del modelado de la estructura observada por medio de radiación óptica dispersada en las densas envolturas de polvo. Estas envolturas en la mayoría de los casos ya muestran una compleja estructura tridimensional con evidencia de flujos bipolares o incluso multi-polares. Aplicaremos nuestro programa “Shape” con su nueva capacidad de cálculo de dispersión de luz óptica en polvo explorando la estructura de estos objetos para contribuir al entendimiento de su origen y el proceso de formación._x000D_ _x000D_ En tercer lugar continuaremos el desarrollo del software “Shape” buscando mejorar su velocidad y resolución del cálculo del transporte radiativo. Actualmente éstos están limitados por realizarse el cálculo sobre procesadores individuales. Buscaremos cómo paralelizar esta parte ya sea sobre varios núcleos de procesadores o directamente en tarjetas gráficas con multiprocesadores. _x000D_ _x000D_ _x000D_

1. Investigación de las desviaciones de una expansión homóloga en nebulosas planetarias_x000D_ _x000D_ El catálogo cinemático de nebulosas planetarias obtenido por nuestro grupo en conjunto con la información disponible en la literatura es una base observacional excepcional para la investigar qué nebulosas planetarias presentan un movimiento interno que desvía de una expansión homóloga. _x000D_ _x000D_ La mayoría de las nebulosas planetarias presentan algún grado de simetría. En ese caso, las desviaciones de la expansión homóloga se manifiestan en los diagramas de posición-velocidad en forma de cambios en las proporciones de sus estructuras en comparación con las proporciones en la imagen (Steffen, García-Segura & Koning, 2009). _x000D_ _x000D_ El principal objetivo de esta sección es esclarecer si la presencia de rayos-X extendidos está ligada la expansión no-homóloga. Para ello realizaremos una selección sistemática de objetos con estructura adecuadamente resuelta tanto en sus imágenes como en los espectros y que presenten radiación de rayos-X extendida. El número de objetos disponibles para este estudio es del orden de diez. Luego se usará una selección de prueba similar de objetos que no muestran radiación de rayos-X. Se hará el modelado tridimensional de la estructura y campo de velocidad de estos objetos con Shape para determinar si las observaciones son consistentes con una expansión no-homóloga._x000D_ _x000D_ _x000D_ _x000D_ 2. Modelado tridimensional de luz óptica dispersada por polvo en nebulosas pre-planetarias _x000D_ _x000D_ En el óptico los precursores de las nebulosas planetarias, antes de ser ionizadas, se observan principalmente detectando la luz dispersada por su envoltura de polvo. Estas envolturas muestran complejas formas que se consideran las estructuras embrionarias de los objetos más evolucionados. Para investigar la evolución de la etapa de nebulosa pre-planetaria a nebulosa planetaria ionizada se requiere conocer la distribución tridimensional del polvo. Esto ayudará en evaluar el origen de las complejas estructuras observadas en esa fase y su evolución posterior. Una pregunta fundamental es si la estructura observada en el polvo es la que se impregna en el gas o si la evolución del gas es independiente del polvo. _x000D_ _x000D_ En las versiones más recientes hemos introducido transporte radiativo en Shape. En particular incluimos dispersión (ingl. Scattering) de luz en partículas de polvo. Con ello podemos modelar las envolturas de nebulosas pre-planetarias y estudiar la distribución de polvo. _x000D_ _x000D_ De esta manera estudiaremos cuáles de las estructuras observadas intrínsicamente delinean la distribución de polvo y cuáles son primordialmente debido a efectos de iluminación y sombras. La distribución del polvo es debida inicialmente a la variación de la tasa de producción y expulsión del polvo durante la fase AGB de la estrella. Durante esta fase la pérdida de mas parece ser primordialmente esférica, salvo fluctuaciones locales. Posteriormente, se supone que un viento rápido y tenue empuja el gas y polvo acumulándolos en una onda de choque cuya estructura puede ser muy compleja. El origen de esa complejidad es el fondo de la investigación sobre nebulosas planetarias no-esféricas. _x000D_ _x000D_ Preguntas a perseguir para resolver el problema de fondo es la distribución del polvo, su composición y su evolución. Si el polvo es acumulado y acelerado por ondas de choque es importante saber si parte de ello es destruido en el proceso, lo cual podría cambiar la composición química del gas. Esto a su vez influirá en la metalicidad de las nebulosas planetarias que posteriormente se forman._x000D_ _x000D_ 3. Desarrollo de Shape_x000D_ Actualmente Shape tiene dos modos básicos de generar imágenes y espectros. El primero está basado en una distribución de partículas que marcan los lugares en los cuales se supone que existe materia que emite o absorbe. Las propiedades en esos lugares se proyectan para producir imágenes y espectros. Este método tiene la desventaja de ser aplicable solo a objetos ópticamente delgados. Por otro lado tiene varias ventajas, entre las cuales encontramos que se pueden modelar estructuras muy detalladas con resolución espacial muy alta comparada con el segundo método. El segundo método se basa en una malla uniforme tridimensional. En esta malla se puede calcular el transporte radiativo con opacidad correctamente en un tiempo de procesamiento razonable. Sin embargo, por las limitaciones actuales de memoria usable en Java Virtual Machine, la resolución espacial práctica actualmente está limitada a aproximadamente 150^3 elementos de volumen (voxels). La precisión de los resultados depende de la resolución y a la actual resolución límite en algunos problemas los resultados aún no convergen._x000D_ _x000D_ Para mejorar esta situación buscamos desarrollar métodos de alta resolución para el modelado de malla tridimensional en Shape. Considerando que una propiedad fundamental del programa es su sistema de modelado interactivo, el programa debe correr en sistema de escritorio. Por ello se pueden considerar dos estapas para acelerar el procesamiento. _x000D_ _x000D_ La primera etapa es la distribución en varios procesadores o núcleos (“cores”). En este proceso se envían diferentes tareas independientes a diferentes núcleos. Esta técnica ya la estamos usando ampliamente para el funcionamiento de los diferentes módulos de la interfaz gráfica interactiva. El principal reto en este método es el manejo de la memoria. _x000D_ _x000D_ La segunda etapa es la aplicación de las tarjetas de video con multiprocesadores gráficos. El reto en este método consiste en traducir la información y los algoritmos de cálculos al procesamiento de mapeos gráficos. Esto se hará con el lenguaje CUDA (muy similar a “C”) de la empresa NVIDIA, el cual es especializado para este problema. Un gran número de problemas, incluyendo transporte radiativo y hidrodinámica, ha sido acelerado por órdenes de magnitud con esta tecnología (véase los ejemplos en el sitio: . La gran ventaja de las tarjetas gráficas modernas es que cuentan con decenas a centenares de procesadores dedicados. Estos fueron diseñados principalmente para aplicaciones de diseño gráfico de alto rendimiento o videojuegos. Sin embargo, estos dispositivos tienen un alto potencial para aplicaciones de cómputo paralelo de alto rendimiento una vez que se formulan en términos adecuados para el procesamiento en las tarjetas gráficas. Lograr la aplicación de este método para nuestros fines permitirá el cálculo y visualización de los modelos en tiempo real, cuando actualmente el cálculo es de una fracción de segundo para modelos ópticamente delgados hasta más de diez minutos para modelos con transporte radiativo cerca del límite de resolución._x000D_ _x000D_ _x000D_ _x000D_ EN RESUMEN_x000D_ _x000D_ Nebulosas Planetarias:_x000D_ Con el presente proyecto contribuimos a la disponibilidad de modelos tridimensionales de varias nebulosas planetarias y pre-planetarias. En particular contribuimos información novedosa sobre los campos de velocidad de estos objetos. Esta información permite la predicción de movimientos propios internos, que en objetos con suficiente resolución espacial, podrán ser verificados con observaciones. En conjunto con otras investigaciones, esto ayudará a llegar a conclusiones sobre los mecanismos que producen las estructuras no-esféricas en estos objetos. Una vez que se obtiene información sobre el movimiento propio en los objetos se podrán mejorar la determinación de medidas fundamentales como la distancia._x000D_ _x000D_ Tecnología de Software:_x000D_ Con el desarrollo de Shape hemos introducido una nueva tecnología en el campo de modelado morpho-cinemático. Aunque actualmente ha llegado a cierto nivel de madurez y un número sustancial de publicaciones, aún quedan varios retos que superar para aprovechar todo su potencial en calidad de los resultados y la eficiencia del proceso de modelado. Es importante continuar este desarrollo para lograr una amplia aplicación del software y así incrementar el rendimiento de la inversión de fondos y trabajo ya realizado. La aplicación de la tecnología de programación para tarjetas gráficas CUDA de la empresa NVIDIA permite el cálculo en paralelo en una computadora de escritorio o incluso portátil. Esto permitirá aumentar su capacida