Podcast CB SyR 286: Exoplaneta en enana blanca, enanas negras, NANOGrav, cuerdas cósmicas y más temas

Por Francisco R. Villatoro, el 25 septiembre, 2020. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 12

He participado en el episodio 286 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep286: Exoplaneta; Enanas negras; Cuerdas Cósmicas”, 24 sep 2020. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: El curioso exoplaneta que orbita una enana blanca (24:30); Supernovas de enanas negras para iluminar el fin del Universo (48:00); La detección de NANOGrav, cuerdas cósmicas y agujeros negros primordiales (1:29:30). Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso. CB:SyR es una colaboración del Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife con el Área de Investigación y la UC3 del Instituto de Astrofísica de Canarias».

Ir a descargar el episodio 286

En la foto, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife, su director Héctor Socas Navarro @hsocasnavarro (@pcoffeebreak), y por videoconferencia José Alberto Rubiño @JARubinoM, Marian Martínez @79ronja, Alberto Aparici @cienciabrujula, y Francis Villatoro  @emulenews.

El vídeo de YouTube estará disponible completo durante unos días y luego será recortado, pues Coffee Break: Señal y Ruido es un podcast, no un canal de YouTube.

https://www.su.se/english/research/research-news/look-to-the-sky-and-help-researchers-in-a-new-citizen-science-project-1.496340

Tras la presentación, Héctor anuncia (de forma oficiosa) la exposición “COSMOS y el legado de Carl Sagan” en el Museo de la Ciencia y del Cosmos de Tenerife; se cumplen 40 años y la exposición contará con el doblador al español de la voz de Sagan. Además, anuncia dos artículos científicos de Nacho Trujillo, que nos presentará en un futuro episodio del programa; para ir abriendo boca son Teymoor Saifollahi, Ignacio Trujillo, …, Johan H. Knapen, «The number of globular clusters around the iconic UDG DF44 is as expected for dwarf galaxies,» MNRAS (submitted), arXiv:2006.14630 [astro-ph.GA] (25 Jun 2020), y Jorge Sanchez Almeida, Ignacio Trujillo, Angel Ricardo Plastino, «The principle of maximum entropy explains the cores observed in the mass distribution of dwarf galaxies,» A&A Letters (accepted), arXiv:2009.08994 [astro-ph.GA] (18 Sep 2020); por cierto, DF44 según van Dokkum tenía un 99.99 % de materia oscura.

Nos recomienda Héctor participar en el Proyecto de Ciencia Ciudadana VASCO, que busca apariciones y desapariciones de fuentes en imágenes astronómicas. Si te interesa participar tienes que inscribirte (pues si descubres algo querrás ser citado y/o coautor del artículo); tras unas sesiones de entrenamiento podrás disfrutar de la tarea (que según Héctor es adictiva). La dirección web es https://vasconsite.wordpress.com/ml-blink-2/. El artículo es Beatriz Villarroel, Kristiaan Pelckmans, …, Martin J. Ward, «Launching the VASCO citizen science project,» arXiv:2009.10813 [astro-ph.IM] (22 Sep 2020).

Finalmente, Jose Alberto nos anuncia que ha salido el número especial de la revista A&A con todos los resultados finales de Planck (ha tardado porque la revisión por pares se realizó de cada artículo por separado y el tiempo final lo ha marcado el más lento en ser revisado, el que presenta los datos cosmológicos). Puedes disfrutar del número especial en https://www.aanda.org/component/toc/?task=topic&id=956.

Nos cuenta Marian un artículo de investigadores del IAC publicado en Nature: el descubrimiento de un candidato a planeta de tipo Júpiter orbitando una enana blanca. TESS observó indicios del tránsito que se confirmaron con el Gran Telescopio Canarias (GTC) de 10.4 metros y con el Telescopio Espacial Infrarrojo Spitzer, entre otros instrumentos. Como Spitzer observó un tránsito de similar amplitud al de GTC, cuando una enana marrón emitiría en el infrarrojo reduciendo dicha amplitud, se apoya la hipótesis de que se trata de un planeta; aún así se necesita confirmar esta última observación con el futuro Telescopio Espacial James Webb (JWST).

En realidad se trata de una «enana naranja» con una temperatura de 4710 ± 60 K; las enanas blancas tienen temperaturas muy variables que dependen de su edad, con una temperatura de más de 20 000 K para una enana blanca típica; con esta temperatura, la «enana naranja» se formó como enana blanca hace 5.9 ± 0.5 Gyr (millardos), habiéndose enfriado poco a poco desde entonces. El problema con un planeta gaseoso tan cercano a esta enana blanca (o naranja) es explicar cómo se ha formado el sistema binario (por cierto, la estrella forma parte de un sistema estelar triple). La idea de los autores es que el planeta se encontraba mucho más lejos cuando la estrella original se expandió formando una nebulosa planetaria con la enana blanca en su centro; más tarde el planeta migró acercándose a la enana blanca hasta alcanzar la distancia que hemos observado.

El artículo es Andrew Vanderburg, Saul A. Rappaport, …, Liang Yu, «A giant planet candidate transiting a white dwarf,» Nature 585: 363-367 (16 Sep 2020), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-020-2713-y, arXiv:2009.07282 [astro-ph.EP] (15 Sep 2020). Más información divulgativa en Daniel Marín, «WD 1856 b: un planeta gigante muy cerca de una enana blanca», Eureka, 17 sep 2020; «TESS, Spitzer y GTC detectan el primer planeta orbitando una enana blanca», IAC, 17 sep 2020.

Nos cuenta Alberto el luminoso futuro de las enanas negras de gran masa, estallar como supernovas dentro de entre 10¹¹⁰⁰ y 10¹⁶⁰⁰ años. Recuerda que las enanas negras son el resultado final de la vida de las enanas blancas (las enanas negras están «muertas» porque son muy frías). Por supuesto, bajo la hipótesis de que el protón es estable y no se desintegra (los resultados actuales para su vida media rondan > 10³⁴ años); y además que la energía oscura y la inestabilidad del vacío del modelo estándar permitan que el universo siga existiendo durante tanto tiempo.

El núcleo de las enanas negras no está completamente «muerto», sigue activo con algunas fusiones nucleares por efecto túnel llamadas picnonucleares (debidas a la alta densidad). Este proceso es muy improbable y por tanto muy, muy lento. El resultado es que se acaban produciendo núcleos de silicio-28, que finalmente se fusionarán dando lugar a hierro-56 (los detalles son un poco más complicados). Como nos cuenta Alberto, en las enanas negras más pesadas de 1.2 masas solares, la presión en el núcleo es tan alta que los electrones se fusionan con el núcleo de hierro-56; como lo que estabiliza una enana negra (como en las enanas blancas) es la presión de degeneración debida a los electrones que cumplen el principio de exclusión de Pauli, la reducción en el número de electrones produce una reacción en cadena que acaba conduciendo a una explosión similar a una supernova (los detalles aún no se conocen).

El límite de Chandrasekhar está a 1.4 masas solares para una enana blanca, pero se reduce para los núcleos de hierro-56 en un factor ((26/56)/2)² ≈ 0.86, luego baja a unas 1.2 masas solares. Así las enanas blancas con masa entre 1.2 y 1.4 masas solares darán lugar a enanas negras cuyo núcleo se volverá inestable y explotarán como supernovas; eso sí, ocurrirá dentro de unos 10¹¹⁰⁰ años para las enanas negras con un núcleo de hierro-56 de unas 1.35 masas solarse y dentro de unos 10¹⁶⁰⁰ años para las que solo alcanzan 1.24 masas solares (según los cálculos del artículo, que aún son muy preliminares). Como comparación un agujero negro supermasivo con unas 10¹¹ masas solares se evapora por radiación de Hawking en unos 10¹⁰⁰ años.

Cuando en el universo solo haya enanas negras aisladas, sin ningún agujero negro que no se haya evaporado ya, estarán causalmente desconectadas unas de otras; la razón es que estarán separadas por distancias enormes, pues el factor de expansión del universo alcanzará un valor inimaginable de ~exp(10¹¹⁰⁰). En resumen, un resultado muy especulativo, pero apasionante, que ha enamorado a Alberto; el artículo es M. E. Caplan, «Black dwarf supernova in the far future,» Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) 497: 4357-4362 (07 August 2020), doi: https://doi.org/10.1093/mnras/staa2262.

Nos cuenta José Alberto que se publicó a principios de septiembre el resultado tras 12.5 años de toma de datos del proyecto NANOGrav: ha detectado una señal que podría ser de un fondo estocástico de ondas gravitacionales. NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves) estudia los púlsares de milisegundos que son muy estables (se les llama «los relojes cósmicos más precisos») mediante la técnica llamada red de medida de tiempos de llegada de púlsares (Pulsar Timing Array). Los datos de NG12gwb corresponden a 45 púlsares y métodos de análisis mejorados; recuerda que NG9gwb fueron 18 púlsares y NG11gwb fueron 34 púlsares; NG11gwb detectó también un ruido, pero hoy sabemos que es debido al movimiento de Júpiter, que cambia el baricentro del Sistema Solar (como su órbita son unos 12 años se afirma que se puede descontar su efecto en los datos tras 12.5 años de NG12gwb). Se han reanalizado los datos de NG9 y NG11, que ahora entendemos mucho mejor: la señal que observaban es espuria. No sabemos si la nueva señal observada por NG12.5 también lo es; yo no pondría la mano en el fuego.

Las ondas gravitacionales de muy baja frecuencia (1-100 nanohercios), ondas con periodos del orden de un año, que alteran las medidas de tiempo de llegada de púlsares y pueden ser detectadas. Así la observación durante muchos años de estos púlsares permite detectar un posible fondo estocástico de ondas gravitacionales, es decir, se detecta una especie de ruido con estructura (las ondas gravitacionales hacen que el ruido tenga componentes cuadripolares). NANOGrav ha detectado un ruido con estructura, pero no las correlaciones cuadripolares (HD) esperadas para ondas gravitacionales.

Así que, como dice Héctor, ha detectado algo, pero no se sabe qué; se estaba buscando el fondo estocástico de ondas gravitacionales, luego quizás se hayan detectado, o quizás solo se haya observado ruido (errores sistemáticos). El artículo es NANOGrav Collaboration, «The NANOGrav 12.5-year Data Set: Search For An Isotropic Stochastic Gravitational-Wave Background,» arXiv:2009.04496 [astro-ph.HE] (09 Sep 2020).

Imagina que fuera verdad que se ha detectado el fondo estocástico de ondas gravitacionales, cuál puede ser su origen. NANOGrav busca las producidas por fusiones de agujeros negros supermasivos; el ruido que ha observado no parece tener este origen (no sigue la ley de potencia con exponente γ = 13/3, la línea discontinua vertical en la figura derecha). Por ello se han publicado varios artículos que proponen explicaciones alternativas. José Alberto nos habla de las cuerdas cósmicas, defectos primordiales unidimensionales asociadas a transiciones de fase de campos escalares y amplificados hasta escalas cosmológicas por la inflación cósmica; las cuerdas cósmicas pueden ser cerradas, pudiendo emitir ondas gravitacionales; dicha emisión seguiría una ley de potencia con un exponente entre 4 y 6, ajustando mejor la posible señal observada por NANOGrav. Nos lo proponen Simone Blasi, Vedran Brdar, Kai Schmitz, «Has NANOGrav found first evidence for cosmic strings?» arXiv:2009.06607 [astro-ph.CO] (14 Sep 2020), y John Ellis, Marek Lewicki, «Cosmic String Interpretation of NANOGrav Pulsar Timing Data,» arXiv:2009.06555 [astro-ph.CO] (14 Sep 2020).

Otra posibilidad es que sean agujeros negros primordiales con una masa muy pequeña, similar a la de un asteroide; en su formación darían lugar a ondas gravitacionales que serían compatibles con el fondo estocástico de ondas gravitacionales que podría haber observado NANOGrav12.5. Además, podrían explicar la totalidad de la materia oscura (es decir, podrían esquivar los límites actuales de exclusión). Comenta Jose Alberto que hay límites cosmológicos que implican que solo se podría explicar un porcentaje del total de la materia (recuerda como el 30 %). El artículo es V. De Luca, G. Franciolini, A. Riotto, «NANOGrav Hints to Primordial Black Holes as Dark Matter,» arXiv:2009.08268 [astro-ph.CO] (17 Sep 2020).

Pasamos a señales de los oyentes (siento no haber recopilado las preguntas y respuestas). ¡Qué disfrutes del podcast!



12 Comentarios

  1. Comentar solamente sobre el artículo de las enanas negras que según el artículo -el preprint está aquí: https://arxiv.org/abs/2008.02296 si alguien tiene curiosidad- las menos masivas de las que acabaran estallando como supernova podrían tardar hasta 1032.000 años (!) en estallar.

    Coincido conque el artículo es apasionante.

      1. Lamentablemente sup/sub no están entre las muy poquísimas html tags que acepta el sistema de comentarios. Pero aún así es posible «escribir» superíndices y subíndices numéricos, por ejemplo…

        10³²⁰⁰⁰ … 10⁻⁶⁹ … H₂O
        10³²⁰⁰⁰10⁻⁶⁹H₂O
        10³²⁰⁰⁰10⁻⁶⁹H₂O
        10³²⁰⁰⁰10⁻⁶⁹H₂O

        El «truco» es usar caracteres Unicode que ya de por sí son superíndices y subíndices. Para «usar» estos caracteres hay que copiarlos y pegarlos de a uno buscándolos en una app Unicode o en un sitio web como este…

        c.r74n.com/unicode/math
        Superscript ⁰ ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ ⁿ ⁺ ⁻ ⁼ ⁽ ⁾
        Subscript ₀ ₁ ₂ ₃ ₄ ₅ ₆ ₇ ₈ ₉ ₊ ₋ ₌ ₍ ₎ ₓ ₐ ₑ ₒ ₔ

        …o como explica aquí….
        support.microsoft.com/en-us/office/insert-ascii-or-unicode-latin-based-symbols-and-characters-d13f58d3-7bcb-44a7-a4d5-972ee12e50e0

        …o «tipearlos directamente» tal como explica ahí introduciendo sus códigos los cuales puedes buscar aquí…
        unicode.org/charts/

        Yo me hice un documento .rtf (Rich Text Format = Documento de texto enriquecido) con fuente tipográfica Lucida Sans Unicode (ojo con la compatibilidad Unicode de las fuentes) en el que copié dichos caracteres y otros para no tener que buscarlos ni tener que recordar sus códigos, ya los tengo ahí guardaditos y uso ese documento como plantilla para redactar comentarios 😉

        1. Pelau, lo tuyo no es normal 😛

          No me malinterpretes, es muy bueno, pero normal no es.

          Lo malo de teletrabajar es que ya casi no cojo el coche y no encuentro tiempo para escuchar los podcasts. Los temas tratados en este me parecen super interesantes, espero encontrar tiempo para escucharlo.

          1. Yo he empezado a escucharlos cuando salgo a correr o hago deporte en general. Me he dado cuenta de que tenía bastante tiempo a la semana que no aprovechaba del todo.

      1. Sí, el artículo afirma que eso está cogido con alfileres. También parece deducirse que las enanas negras menos masivas, y previsiblemente cuerpos no de materia degenerada, sobrevivirían aunque transformados en hierro. Y muchísimo más tarde quizás colapsando en agujeros negros según Dyson.

          1. El tema lo cuenta casi íntegramente Alberto Aparici y tú intervienes recién hacia el final, imagino que debido a problemas de conexión.

            Pero descuida, el carácter especulativo de este fascinante tema queda claro en todo momento, Alberto y los demás se encargan se enfatizar a cada rato «las comillas/alfileres» del asunto, particularmente en lo relativo a los numerillos más grandes y que el propio autor del paper es del todo honesto al respecto.

            Y ya hacia el final del tema, cuando sale a relucir lo del Big Rip, la desintegración del protón, la metaestabilidad del universo… pues… si hasta ahí algún escucha distraído viene demasiado entusiasmado, ahí es cuando queda absolutamente claro que las dudas sobre el tema «hablan de tú a tú» con esos numerillos 🙂

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