Podcast CB SyR 303: axiones en estrellas de neutrones, elamita lineal decodificado y más noticias de astrofísica

Por Francisco R. Villatoro, el 22 enero, 2021. Categoría(s): Astrofísica • Astronomía • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 3

He participado en el episodio 303 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep303: Marte; Proxima; Australia; Elamita Lineal; Axiones y Estrellas de Neutrones», 21 ene 2021. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Fin de misión para el HP3 de la InSight en Marte (min 6:00); Contaminación lumínica durante el confinamiento (10:30); Observando Proxima b en radio (22:00); ¿Descubrieron Australia los españoles? (33:00); Un investigador afirma haber descifrado el elamita lineal (1:14:00); Buscando axiones como materia oscura en estrellas de neutrones (1:39:00); Señales de los oyentes (2:16:00). 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».

Ir a descargar el episodio 303.

En la foto, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife, su director Héctor Socas Navarro @hsocasnavarro (@pcoffeebreak), y por videoconferencia Sara Robisco Cavite @SaraRC83, María Ribes Lafoz @Neferchitty, Ángel López-Sánchez @El_Lobo_Rayado, 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 nos comenta en breves que la NASA ha abandonado su intención de usar el topo (Mole) del rover marciano Insight. Tras dos años de intentos inútiles no se ha logrado penetrar lo suficiente en el suelo. Su objetivo era alcanzar 3 metros, pero solo se han logrado unos 30 centímetros. Más información divulgativa en Robin George Andrews, «NASA Ends Efforts to Deploy Mars InSight’s ‘Mole’,» Scientific American, 20 Jan 2021.

Ángel nos comenta un estudio sobre la contaminación lumínica durante el confinamiento por la epidemia de COVID-19 en la ciudad de Granada. Se comparan imágenes en tierra con imágenes de satélites. El artículo está firmado por investigadores del Instituto Astrofísico de Andalucía: Máximo Bustamante-Calabria, Alejandro Sánchez de Miguel, …, Kevin J. Gaston, «Effects of the COVID-19 Lockdown on Urban Light Emissions: Ground and Satellite Comparison,» Remote Sensing 13: 258 (13 Jan 2021), doi: https://doi.org/10.3390/rs13020258.

También Ángel destaca un nuevo método de detección de exoplanetas en radio, que se ha aplicado a la estrella Proxima Centauri y su planeta Proxima b. Se ha observado en el rango 1.1–3.1 GHz con el ATCA (Australia Telescope Compact Array) durante 18 días consecutivos (1.6 periodos orbitales de Proxima b) en abril de 2017. La emisión de radio es más fuerte para 1.6 GHz, siendo lo esperado para emisión ciclotrón de electrones acelerados por el intenso campo magnético de la estrella (~600 gauss). Este artículo pionero (en el estudio de exoplanetas usando ondas de radio) es M. Pérez-Torres, J. F. Gómez, …, J. Chibueze, «Monitoring the radio emission of Proxima Centauri,» Astronomy & Astrophysics (A&A) 645: A77 (14 Jan 2021), doi: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202039052. Más información divulgativa en Silbia López de Lacalle, «Un estudio en radio de Próxima Centauri, el sistema planetario más cercano, abre una nueva vía para el estudio de los exoplanetas», IAA-CSIC, 14 ene 2021.

Nos comentan Sara, María y Ángel un estudio sobre la posibilidad de que los españoles descubrieran Australia. El software de inteligencia artificial CARABELA ha analizado miles de manuscritos antiguos del Archivo General de Indias (AGI), con sede en Sevilla, un total de ochenta millones de páginas manuscritas. Enrique Vidal (Centro de Investigación de Reconocimiento de Patrones y Tecnología del Lenguaje Humano, Universidad Politécnica de Valencia) lidera el grupo que ha desarrollado el software capaz identificar palabras en manuscritos antiguos. La búsqueda del término “austral” llevó a una sorpresa: un jesuita que explicaba la ubicación actual de Australia y las islas contiguas, dejando constancia de que Vaes de Torres y Quirós las habían descubierto en 1606, más de medio siglo antes de que el navegante James Cook las reclamara para el imperio británico.

Ángel aprovecha para recordar que el estrecho entre el continente australiano y la isla de Nueva Guinea se llama estrecho de Torres. María aprovechan para hablarnos de la historia descubrimiento de Australia. El artículo con la descripción técnica de CARABELA es E. Vidal, V. Romero, …, C. Orcero, «The CARABELA Project and Manuscript Collection: Large-Scale Probabilistic Indexing and Content-based Classification» 2020 17th International Conference on Frontiers in Handwriting Recognition (ICFHR), doi: https://doi.org/10.1109/ICFHR2020.2020.00026. Sobre la búsqueda reciente de la palabra «austral» tenemos la noticia «¿Descubrieron Australia los españoles? La inteligencia artificial apunta a que sí», Acciona, 13 ene 2021.

Nos cuenta María una noticia del mes pasado, el arqueofilólogo francés François Desset afirma que (casi) ha descifrado el elamita lineal (un sistema de escritura fonética nativa de Irán hace 4400 años). Lo anunció en una conferencia científica en la Universidad de Padua el 23 de noviembre de 2020; está disponible el vídeo en «Breaking the code: the decipherment of Linear Elamite writing,» https://www.academia.edu/video/lvyVX1). Aún no ha publicado el artículo científico (que ha prometido publicar en 2021). La clave ha sido desvelar varios nombres propios en 40 inscripciones en una serie de recipientes de plata llamados “vasos Gunagi” datados alrededor del año 2.000 a.e.C. El elamita lineal es una de las escrituras más antiguas del mundo (según Desset podría ser la primera escritura fonética de la historia). Más información divulgativa en Abel de Medici, «Descifrada la escritura fonética más antigua del mundo», National Geographic Historia, 20 dic 2020; Bernadette Arnaud, «Un Français «craque» une écriture non déchiffrée de plus de 4000 ans, remettant en cause la seule invention de l’écriture en Mésopotamie,» Sciences et Avenir, 07 dec 2020.

Me toca hablar de los posibles indicios de axiones en la emisión de estrellas de neutrones aisladas observadas en rayos X. Las llamadas Siete Magníficas (M7) han sido observadas en rayos X por los telescopios espaciales XMM-Newton y Chandra; se ha observado un exceso entre 2 y 8 keV en RX J1856.6 − 3754 (J1856) a 5 σ (sigmas), RX J0420.0-5022 (J0420) a ∼3 σ, y en RX J1308.6-2127 (J1308) a ∼2 σ; en RX J2143.0-0654 (J2143) y RX J0720.4-3125 (J0720) hay excesos marginales a ∼1 σ, mientras que en RX J0806.4-4123 no se ha observada nada y en J1605.3-3249 se ha observado un déficit en lugar de un exceso. Por tanto, el exceso de rayos X compatible con la famosa señal a 3.5 keV solo se observa en dos de las magníficas. Su origen puede ser astrofísico, ya que se han propuesto varias explicaciones posibles, pero ninguna está aceptada en el consenso entre los astrofísicos. También se han propuesto orígenes diferentes del axión, como los neutrinos estériles.

La dispersión de tipo bremsstrahlung (o frenado) entre nucleones, es decir, un neutrón se acerca a otro neutrón y pierde energía, produce una emisión de axiones, parejas neutrino-antineutrino y pares electrón-positrón, en función de la energía del neutrón (es decir, de la temperatura). Para temperaturas inferiores a 100 millones de kelvin se emiten con preferencia axiones (ya lo estudió Naoki Iwamoto en 1984); su recorrido libre medio es mayor que el radio de la estrella, luego la abandonan casi en línea recta hasta alcanzar el intenso campo magnético en el exterior de la estrella donde se pueden transformar en un fotón (vía el proceso de Primakoff inverso gracias a un lazo con tres partículas cargadas que conecta el axión y dos fotones, uno de ellos virtual asociado al campo magnético). La energía del fotón depende de la masa del axión y de su acoplamiento a pares de fotones (gaγγ); en muchos artículos se estudia el rango de energías entre 10 y 100 keV, pero en el nuevo artículo se estudia el rango entre 1 y 10 keV (donde se encuentra la señal a 3.5 keV).

El nuevo artículo presenta un límite de exclusión a la masa de los axiones ma ≲ 2 × 10−5 eV en función del producto de los acoplamientos gaγγ (para la emisión de los rayos X) y gaNN (para la emisión de los axiones), en concreto, gaγγ gaNN ∈ (2 × 10−21, 10−18) GeV−1 al 95 % C.L. Sin embargo, en algunos medios se ha titulado se han observado los primeros indicios de la observación de los axiones, algo que no es cierto. Solo se ha propuesto una posible explicación para una posible señal que muy bien podría no existir. El nuevo artículo es Malte Buschmann, Raymond T. Co, …, Benjamin R. Safdi, «Axion Emission Can Explain a New Hard X-Ray Excess from Nearby Isolated Neutron Stars,» Physical Review Letters 126: 021102 (12 Jan 2021), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.021102, arXiv:1910.04164 [hep-ph] (09 Oct 2019); recomiendo la lectura de los clásicos de Naoki Iwamoto, «Axion Emission From Neutron Stars,» Phys. Rev. Lett. 53: 1198 (17 Sep 1984), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.53.1198; y Ralf Peter Brinkmann, Michael S. Turner, «Numerical rates for nucleon-nucleon, axion bremsstrahlung,» Phys. Rev. D 38: 2338 (15 Oct 1988), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.38.2338. Héctor menciona en el podcast la posible emisión de axiones por estrellas, en dicha línea recomiendo el artículo de Christopher Dessert, Joshua W. Foster, Benjamin R. Safdi, «X-Ray Searches for Axions from Super Star Clusters,» Phys. Rev. Lett. 125: 261102 (22 Dec 2020), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.125.261102.

Y pasamos a la sección Señales de los Oyentes. La primera pregunta es de Daniel Caballero​: «¿Por qué decimos que Proxima b tiene un acoplamiento de marea con su estrella y, sin embargo, sabemos que Mercurio no la tiene pese a su cercanía con el Sol?» Contesta Héctor que no la tiene pero la tendrá, pues todos los planetas evolucionan hacia ello (aunque a algunos no les da tiempo a alcanzar dicho punto). La gran diferencia entre Proxima y el Sol es el tamaño, Proxima es solo un poco mayor que Júpiter, y entre Proxima b y Mercurio es la distancia a su estrella, Proxima b está a 0.05 UA de Proxima mientras Mercurio está a 0.39 UA del Sol (recuerda que la Tierra está, por definición, a 1 UA del Sol). Por cierto, Cristina Hernandez García aclara lo mismo en el chat de YouTube: «​Mercurio tiene un acople parcial. Próxima b podría tener un acople parcial también, pero es que está más cercano de Próxima Centauri que Mercurio lo está del Sol».

Cristina Hernandez García pregunta: «Entonces, si los axiones son parte de la materia oscura, ¿se podría obtener energía a partir de la energía materia oscura con campos magnéticos muy fuertes emulando los campos estrellas de neutrones?» El gran problema es que se extraería energía del campo magnético usando los axiones, así que costaría más energía poner en marcha esta idea de la que se podría obtener. La única opción práctica sería usar una fuente gratis de campos magnéticos intensos, pero si la tuviéramos hay métodos más fáciles para obtener energía que usar los hipotéticos axiones.

Cristina Hernandez García​ pregunta: «¿Los axiones serían entonces partículas de Majorana?» No, los axiones son bosones escalares de espín 0, mientras las partículas de Majorana son fermiones de espín 1/2. Los neutrinos podrían ser partículas de Majorana (aunque también podrían ser partículas de Dirac).

No apunté si había alguna pregunta más, en cualquier caso, ¡qué disfrutes del podcast!



3 Comentarios

  1. Espléndida y clarísima exposición. Siempre es emocionante escuchar a Francis divulgar la física de partículas.

    Maravillosa introducción salpicada de joyas de apuntes (como sus comentarios sobre la «diferencia» entre el axión QCD y las partículas «tipo axión») y objetiva evaluación del artículo. Esto es lo que tanto agradecemos los lectores, la exposición sin sensasionalismos; me parecieron muy prudentes los comentarios sobre el estatus de la veracidad de las emisiónes, el detalle de que sólo se observe con claridad un exceso (a más de 5 sigmas) en una de las siete estrellas de neutrones y el hecho de que, de hecho, sí existan explicaciones astrofísicas ( que el artículo llama «no-convencionales») al exceso.

    Moraleja: Debemos maravillarnos por el progreso y por lo que aún ignoramos sobre la estructura del interior de las estrellas de neutrones.

    Gracias, Francis.

  2. Algunas referencias:

    Un video con información divulgativa sobre el axión como candidato a partícula de materia oscura:
    https://www.youtube.com/watch?v=e7yXqF32Yvw (se explica un poco más sobre lo que Francis comentaba al respecto del axión como una partícula de (pseudo-)Goldstone).

    Un texto sencillo (pero bien ilustrado) sobre el problema CP fuerte en cromodinámica cuántica http://web.mit.edu/physics/news/physicsatmit/physicsatmit_06_sciollafeature.pdf

    «The ‘Strong CP Problem’ Is The Most Underrated Puzzle In All Of Physics» https://www.forbes.com/sites/startswithabang/2019/11/19/the-strong-cp-problem-is-the-most-underrated-puzzle-in-all-of-physics/?sh=2826636b1ea7

    Saludos a los lectores.

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