Modelamiento en Astrofísica

Curso Astrofísica USACH. Primer semestre 2025. Clases Martes, 9:50 am a 12:30 am. Block B, Física.

El curso de Modelamiento en Astrofísica contribuye directamente al perfil de egreso del Astrofísico(a) con mención en Ciencia de Datos al desarrollar competencias específicas en la aplicación de métodos numéricos y herramientas computacionales para analizar y comprender fenómenos astrofísicos complejos. Los estudiantes aprenden a formular preguntas científicas claras, diseñar metodologías robustas basadas en simulaciones y modelado teórico, y aplicar técnicas estadísticas y matemáticas en la interpretación de resultados.

El curso es impartido por tres académicos de astrofísica. Esta página corresponde a la primera parte del curso, e involucra el modelamiento de un Young Stellar Object.

Al finalizar el curso, los estudiantes serán capaces de utilizar técnicas avanzadas de simulación y modelado computacional para resolver problemas astrofísicos, interpretar resultados mediante análisis estadísticos y matemáticos, y comunicar eficazmente los hallazgos científicos y técnicos derivados de estos modelos, contribuyendo así al análisis riguroso de sistemas astrofísicos complejos desde una perspectiva de ciencia de datos.

Las y los estudiantes aprenden técnicas modernas de modelado y optimización, cómo determinar el “goodness of fit” con un chi-cuadrado, el método de exploración del espacio de parámetros de markov chain monte carlo (MCMC), entre otros.

Clase 1 (18/3/2025): Introducción al curso

• Presentación del curso, objetivos y modalidad de evaluación.

Clase 2 (25/3/2025): Introducción al modelamiento en astrofísica e introducción a transferencia radiativa

• ¿Qué entendemos por modelamiento en astrofísica?
• Ejemplos motivacionales: exoplanetas, discos protoplanetarios, evolución estelar.
• Repaso de conceptos básicos de transferencia radiativa: intensidad, emisión, absorción, ópticamente delgado y grueso.
• Ecuación de transferencia radiativa en 1D.
• Aplicaciones en la observación de discos.
• Clasificación de YSOs / TTauri stars.

Handout in pdf for Class 1 and 2.

Clase 3 (1/4/2025): Método de máxima probabilidad y otras consideraciones

• Función χ² y su interpretación estadística.
• Ajuste de modelos simples a datos sintéticos.
• Trabajo en grupo: avance en el proyecto.

Handout in pdf for Class 3.

Clase 4 (8/4/2025): Métodos Monte Carlo y MCMC

• Introducción al muestreo de parámetros: ¿por qué usar Monte Carlo?
• Algoritmo de Metropolis-Hastings.
• Actividad grupal: implementación de MCMC en un modelo simple.

Clase 5 (15/4/2025): Presentación de avances y retroalimentación

• Presentación breve por grupo del estado de avance de su modelamiento.
• Entrega de la primera evaluación (informe o notebook).
• Discusión y retroalimentación entre pares.

Clase 6 (22/4/2025): Presentaciones finales

En esta parte del curso modelaremos el fenómeno de Young Stellar Objects (YSOs) usando un modelo teórico simple y datos observacionales reales. Uno de los objetivos principales es entender el proceso de modelamiento y fiteo de datos reales. Gran parte de este enunciado fue inspirado por un proyecto simmilar del Prof Jonathan Williams (Hawaii).

Proyecto y rúbrica

El curso se basa enormemente en varios libros clásicos introductorios, pero también incluye material propio y referencias actualizadas de los últimos avances en materias de investigación.

• Rybicki, G. B., & Lightman, A. P. (1986). "Radiative Processes in Astrophysics." Wiley-VCH.
• Foreman-Mackey, D., et al. "emcee: The MCMC Hammer." Disponible en: emcee page
• Bevington, P. R., & Robinson, D. K. (2003). "Data Reduction and Error Analysis for the Physical Sciences" (3rd ed.). McGraw-Hill Education.

Si algún estudiante siente que necesita ajustes didácticos para poder participar y realizar el curso, les invito a contactar al Departamento de Formación Integral e Inclusión, y/o a mi directamente para que juntos busquemos las mejoras junto a los organismos universitarios especializados. También es importante mencionar que se pueden aplicar actividades de sensibilización y formación con perspectiva de género a través de la Dirección de Género, Diversidad y Equidad.