He participado en el episodio 287 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox, iTunes], titulado “Ep287: Premios IgNobel; Galaxias y Materia Oscura; Agua en Marte”, 01 oct 2020. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: DF44, ¿una galaxia casi exclusivamente de materia oscura? (6:00); Principio de máxima entropía y materia oscura (54:00); Premios IgNobel 2020 (1:22:00); Agua subterránea en Marte (2:23:00); Señales de los oyentes (2:33:00). 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».
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En la foto, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife, su director Héctor Socas Navarro @hsocasnavarro (@pcoffeebreak), junto a Nacho Trujillo (aún sin Twitter), y por videoconferencia Sara Robisco Cavite @SaraRC83, 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.
Tras la presentación, Héctor aprovecha que tenemos a Nacho para hablar de sus artículos más recientes sobre galaxias ultradifusas anómalas, las llamadas galaxias de van Dokkum, tanto galaxias «solo de» materia oscura, como galaxias «sin casi» materia oscura. Cuenta Nacho que estos trabajos fueron revolucionados por el instrumento Dragonfly Telephoto Array (un telescopio formado por una matriz de teleobjetivos ópticos que permite obtener imágenes de cielo ultraprofundo). Gracias al instrumento Dragonfly se han descubierto nuevas galaxias enanas muy débiles que van Dokkum bautizó como galaxias ultradifusas (UDGs); estas galaxias están rodeadas por muchos más cúmulos globulares que las galaxias ordinarias, lo que permite explorar su contenido de materia oscura; este hecho revolucionó la astronomía de galaxias.
Dragonfly descubrió 47 galaxias ultradifusas en 2015 en el Cúmulo de Coma. ¿Cómo sobreviven estas galaxias en un sitio tan denso como el Cúmulo de Coma? Deberían tener enormes halos de materia oscura que les protegen. Nos cuenta Nacho que la galaxia DF44 era una galaxia con demasiada materia oscura (99.99 % de su masa); en 2016 van Dokkum y sus colegas estimaron que DF44 tenía unos 100 cúmulos globulares (94+25−20) y una dispersión de la velocidad estelar enorme (σ = 47+8−6 km/s); pero en 2017, usando el telescopio espacial Hubble, bajaron el número de cúmulos globulares a unos 80 (74+18−18), obteniendo una dispersión de la velocidad más razonable (σ = 33+3−3 km/s).
Nacho y sus colegas decidieron contar por ellos mismos el número de cúmulos globulares. Obtuvieron unos 20 (18+23−12), que con σ = 33+3−3 km/s implica que la galaxia DF44 sería una galaxia enana convencional. ¿Cómo sobreviven estas galaxias en el Cúmulo de Coma? Porque se encuentran lejos del centro del Cúmulo, según los datos de Nacho y sus colegas, con lo que no les afectan las fuerzas de marea que las destruirían; algunas aparentan estar en el centro del Cúmulo por la proyección de la perspectiva. Así que la causa que requería una explicación exótica se puede descartar. El artículo es Teymoor Saifollahi, Ignacio Trujillo, …, Johan H. Knapen, «The number of globular clusters around the iconic UDG DF44 is as expected for dwarf galaxies,» MNRAS (accepted), arXiv:2006.14630 [astro-ph.GA] (25 Jun 2020).
Nacho nos habla de otro artículo suyo que ha sido aceptado recientemente en Astronomy & Astrophysics (confiesa que lo envió a Nature y Science, pero no pasó el filtro periodístico inicial y no llegó a revisión por pares). Su idea es resolver el problema del núcleo-pico (core-cusp) en la distribución de materia oscura en el centro de las galaxias. Hay dos soluciones clásicas, los mecanismos de autointeracción (feedback) debido a la materia bariónica y la posibilidad de ue la materia oscura autointeraccione. Nacho y sus colegas proponen usar una distribución de tipo polítropo, la solución de la ecuación de Lane–Emden de máxima entropía cuando se usa la entropía de Tsallis. Recuerda que la ecuación de un gas es PV = constante y para un estado politrópico es PVn = constante
Lo que no está claro cuál es el origen de la entropía de Tsallis en estos sistemas gravitacionales. Esta entropía no extensiva (o no aditiva) nació para describir sistemas fuera del equilibrio y en cierto límite conduce a la de Boltzmann–Gibbs para el equilibrio; la entropía de Tsallis ha generado mucha controversia desde su introducción en Constantino Tsallis, «Possible generalization of Boltzmann-Gibbs statistics,» Journal of Statistical Physics 52: 479-487 (1988), doi: https://doi.org/10.1007/BF01016429; sin entrar en polémicas, los interesados en ella disfrutarán con el libro de Constantino Tsallis, «Introduction to Nonextensive Statistical Mechanics: Approaching a Complex World,» Springer (2008). En la actualidad se está usando mucho en astrofísica y cosmología. El artículo de Nacho es Jorge Sanchez Almeida, Ignacio Trujillo, 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).
Héctor, Sara y yo disfrutamos contando los premios Ig Nobel 2020 al hilo de mi pieza «Premios Ig Nobel 2020», LCMF, 22 sep 2020; el vídeo de la ceremonia en YouTube, así como visitar su página web Improbable Research y el listado histórico de premiados; también puedes leer a Ignacio Crespo, «Los premios Ig Nobel de 2020: cómo distinguir a un narcisista por sus cejas», Ciencia, La Razón, 21 sep 2020.
Nos cuenta Sara que se ha detectado más agua en Marte, en concreto, en los múltiples depósitos subterráneos bajo el polo sur. Ya lo detectó en Ultimi Scopuli en 2018 el instrumento MARSIS (Mars Advanced Radar for Subsurface and Ionosphere Sounding) de la sonda Mars Express que la ESA lanzó en 2003. Los nuevos resultados son producto del análisis con nuevos algoritmos de los datos recabados por MARSIS entre 2010 y 2019 en una región de 250 × 300 km² (recuerda que se usan pulsos de radar con a 4 MHz, cuya longitud de onda en el aire es de 200 m). Los lagos subglaciales observados no son de agua líquida (como el lago Vostok en la Antártida) sino de rocas muy hidratadas (algo así como lodo, o roca muy porosa hidratada).
El «lago subglacial» más grande encontrado tiene un tamaño de 20 × 30 km², estando rodeado de otros «lagos» más pequeños (así se habla de una red de lagos); todos ellos se encuentran a una profundidad de unos 1.5 km. El agua que hidrata la roca refleja mucho mejor el pulso del radar que la roca seca, lo que permite detectar la presencia de agua. Sin embargo, no se puede determinar la composición del agua (qué sales puede contener). En 2018 se estimó una temperatura de unos 205 Kelvin (−68.15 grados Celsius), con lo que tiene que ser agua hipersalina, quizás con sales de calcio y de magnesio (que son abundantes en Marte); se estima que estas sales permiten que el agua líquida hasta temperaturas de solo 150 Kelvin.
El artículo es Sebastian Emanuel Lauro, Elena Pettinelli, …, Roberto Orosei, «Multiple subglacial water bodies below the south pole of Mars unveiled by new MARSIS data,» Nature Astronomy (28 Sep 2020), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-020-1200-6, arXiv:2010.00870 [astro-ph.EP] (02 Oct 2020); Christopher Crockett, «A ‘lake’ on Mars may be surrounded by more pools of water,» ScienceNews, 28 Sep 2020. Por cierto, el artículo de 2018 es R. Orosei, S. E. Lauro, …, R. Seu, «Radar evidence of subglacial liquid water on Mars,» Science 361: 490-493 (03 Aug 2018), doi: https://doi.org/10.1126/science.aar7268.
Señales de los oyentes: Tenemos que agradecer a Bruno Jiménez que recopile las preguntas del chat de YouTube para facilitarnos esta sección.
Gari pregunta: «Me rayó un poco cuando Aparici comentó que la longitud de onda de la materia oscura podía ser del tamaño de la galaxia. Mi pregunta es: ¿Para cualquier «partícula» la física cuántica permite una longitud de onda tan grande? Si es así y pueden existir fotones u otras partículas con longitudes de onda tan largas, ¿podríamos detectarlos? Entiendo que sería necesario un «detector» (antena) del tamaño de la galaxia, ¿cómo interactuarían con el resto de la materia? Prácticamente serían invisibles para nosotros, ¿no?»
Le contesto que creo que Aparici se refería a los axionees o, mejor, a las partículas de tipo axión (ALP, por Axion-Like-Particles) de muy baja masa; como son bosones podrían estar en algo parecido a un condensado de Bose–Einstein, pudiendo tener longitudes de onda enormes, tanto como decenas de kilpársecs (el tamaño de una galaxia). Solo pueden alcanzar estas longitudes de onda de de Broglie tan grandes las partículas sin masa (como los fotones) y las partículas ultraligeras (con una masa extremadamente pequeña). Su detección no es fácil por su gran longitud de onda (
Daniel Caballero: «Cuando hablábais de galaxias, ¿qué es el gran atractor y de qué esta compuesto?»
Héctor y yo le contestamos que estamos en el supercúmulo dinámico de Laniakea, que contiene regiones más vacías y otras más masivas que la media. El Gran Atractor, que se descubrió en 1986, es una de las regiones más densas que la media situado entre 47 y 79 Mpc (Laniakea tiene un diámetro entre 300 y 500 Mpc, según la dirección). Esta hecho de lo mismo que el resto, de galaxias y espacios vacíos; creo recordar que su densidad de galaxias es como un 20–30 % mayor que la media en el resto de Laniakea.
Jorge Alcácer: ¿Por qué dicen que el universo al principio era muy pequeño si hoy día nos llegan CMB de puntos que estaban separados, en aquellos momentos, 27 400 millones de años luz?
Contesta Héctor que no sabemos si el universo es finito o infinito, pero en ambos casos el tamaño se refiere al universo observable; en épocas pasadas el universo observable era mucho más pequeño porque se está expandiendo de forma continua (de hecho, de forma acelerada en los últimos cinco mil millones de años); por ejemplo, cuando acabó la recombinación que dio lugar al CMB el universo observable era 1100 veces más pequeño.
Cristina Hernandez García: ¿Se puede tener una partícula con una longitud de onda mayor que el diámetro del horizonte del universo?
Contesto que no lo sé, pero que tendría que ser en la época preinflacionaria, donde el horizonte cósmico era más pequeño que el propio universo. Ahora que lo pienso de nuevo, como las partículas se excitaron tras el recalentamiento (cuando finalizó la inflación y el horizonte cósmico era enorme) no es posible la existencia de tales partículas. Tendrían que ser partículas preinflacionarias pero no hemos observado ningún campo cuántico cuyas partículas existieran antes de la inflación.
¡Qué disfrutes del podcast!