Este proyecto investiga fenómenos del espacio y del universo que involucran plasmas, un estado de la materia presente en el Sol, las estrellas y el entorno espacial de la Tierra. Dado que estos sistemas no pueden manipularse directamente en un laboratorio, el estudio se basa en el análisis de series temporales, es decir, registros de datos que muestran cómo cambian ciertos fenómenos a lo largo del tiempo, obtenidos a partir de observaciones con telescopios, sondas espaciales y simulaciones computacionales. Estas series permiten identificar patrones y comportamientos comunes en sistemas muy distintos, ayudando a comprender mejor su dinámica interna.
Para abordar la naturaleza altamente cambiante y no lineal de estos sistemas, el proyecto utiliza herramientas de la ciencia de la complejidad, como redes complejas, grafos de visibilidad y análisis fractal. Estas metodologías permiten describir comportamientos irregulares, detectar estructuras ocultas y distinguir distintos tipos de dinámica en fenómenos como la actividad solar, la turbulencia en plasmas o la variabilidad de ciertas estrellas. Con este enfoque, el proyecto busca aportar nuevas formas de entender sistemas espaciales y astrofísicos complejos, ampliando las herramientas tradicionales de la física y ofreciendo una mirada más integral sobre procesos fundamentales del universo.
Las series temporales constituyen uno de los medios fundamentales para extraer información de los sistemas físicos. Estas pueden proporcionar información sobre la dinámica subyacente del sistema o bien poner en evidencia propiedades universales compartidas por problemas que, a primera vista, parecen no estar relacionados. La posibilidad de extraer información útil únicamente a partir de series temporales es especialmente relevante en el estudio de sistemas físicos en los que no es posible un control directo de las variables experimentales o de los parámetros numéricos, situación habitual en contextos espaciales y astrofísicos, donde se recurre a observaciones in situ mediante sondas espaciales y a la recopilación de radiación proveniente de fuentes remotas a través de telescopios.
Las características intrínsecamente no lineales de los plasmas espaciales y astrofísicos representan un desafío importante para la comprensión de su dinámica. Entre los diversos enfoques desarrollados para abordar este problema, el reconocimiento creciente de que las no linealidades en los plasmas dan lugar a comportamientos emergentes y complejos ha abierto la posibilidad de utilizar una nueva familia de técnicas y marcos conceptuales, generalmente desarrollados en otros campos de investigación, que han demostrado ser útiles para describir y modelar el comportamiento de los plasmas.
En efecto, la complejidad en los plasmas se manifiesta a través de una amplia variedad de fenómenos, tales como dinámicas fractales y multifractales, criticidad autoorganizada, turbulencia o la emergencia del caos. En este proyecto, nos interesa explorar la descripción compleja de los plasmas, centrándonos en el estudio de problemas relacionados con sistemas espaciales y astrofísicos en los que la física de plasmas es relevante y donde, debido a la naturaleza de estos sistemas, las series temporales constituyen la principal fuente de información disponible.
Específicamente, proponemos abordar estos problemas mediante el uso de redes complejas, grafos de visibilidad y enfoques fractales. Para ello, utilizaremos datos observacionales -como curvas de luz de estrellas distantes o series temporales asociadas a la actividad magnética del Sol y de la Tierra- así como datos provenientes de simulaciones de turbulencia magnetohidrodinámica, las cuales permiten adquirir intuición sobre sistemas físicos reales y realizar estudios sistemáticos bajo condiciones controladas.
Las redes complejas permiten capturar la evolución de patrones espaciotemporales y revelar estructuras no triviales en los datos, las cuales serán analizadas mediante redes complejas basadas en el tiempo, así como a través de algoritmos de detección de comunidades para establecer correlaciones entre mediciones distantes. Los grafos de visibilidad, por su parte, tienen el potencial de discriminar distintas dinámicas subyacentes al mapear una serie temporal en una red compleja. Aplicaremos este método a series temporales relacionadas con la actividad solar y a curvas de luz de estrellas variables. Finalmente, los fractales permiten describir el comportamiento aparentemente irregular de los sistemas físicos; en este contexto, consideraremos diversas definiciones de fractalidad, basadas tanto en representaciones bidimensionales como exclusivamente en series temporales, para estudiar fenómenos como la turbulencia magnetohidrodinámica, la descripción de los límites de los agujeros coronales y la complejidad de las curvas de luz de estrellas variables.
Se espera que este proyecto contribuya a una mejor comprensión de los sistemas de plasma, incorporando su comportamiento complejo mediante enfoques que tradicionalmente no han sido utilizados en el estudio de sistemas espaciales y astrofísicos, pero que han experimentado un creciente número de aplicaciones en este campo, aportando nuevas perspectivas y herramientas para el análisis de los regímenes altamente no lineales que caracterizan a estos entornos.
