Podcast CB SyR 305: Fosfano en Venus, Alejandría, física solar y magnetismo cosmológico

Por Francisco R. Villatoro, el 5 febrero, 2021. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science

He participado en el episodio 305 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep305: Venus; Alejandría; Pared Caliente; Magnetismo Cosmológico», 04 feb 2021. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Fosfano en Venus (min 14:00); Descubiertas nuevas catacumbas en Alejandría (29:00); Redes neuronales y efecto «pared caliente» en el Sol (37:00); Detección de campos magnéticos en filamentos cósmicos (1:27:00); Señales de los oyentes (1:55:00). 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 305.

En la foto, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife, su director Héctor Socas Navarro @hsocasnavarro (@pcoffeebreak), y por videoconferencia María Ribes Lafoz @Neferchitty, Beatriz Ruiz Granados @cmbeargAndrés Asensio @aasensior, 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 le pone a María una canción de cumpleaños en copto (egipcio). También anuncia la publicación del libro de Avi Loeb, «Extraterrestre», Planeta (2021); la próxima semana aparecerá en el programa una entrevista a Loeb que el youtuber Javier Santaolalla @JaSantaolalla junto a él le han realizado al hilo de dicho libro. Mientras tanto recomiendo leer a José Manuel Nieves, «Avi Loeb: «La única explicación para Oumuamua es que haya sido fabricado por una civilización extraterrestre»», ABC, 03 Feb 2021. Por cierto, estoy leyendo el libro… quizás publique una reseña, centrada en el capítulo más demagógico (y el que más me ha gustado hasta ahora), el séptimo.

Nos comenta Héctor que se ha publicado un artículo de la sonda Venus Express que no encuentra rastro del fosfano en Venus. Sus espectros son mucho más limpios que los de Greaves et al. y permiten estimar que la concentración de fosfano es como mucho de 0.2 ppb (partes por millardo); casi dos órdenes de magnitud menor que lo estimado inicialmente con datos de JCMT y ALMA (20 ppb), aunque solo cinco veces inferior a los 1 ppb rebajados tras un reanálisis de los datos de ALMA. Venus Express observa el espectro solar alterado al atravesar la atmósfera de Venus para diferentes latitudes y diferentes momentos; no observa fosfano (curva naranja en la figura) cuando si hubiera 20 ppb tendría que haber observado una señal muy clara (curva azul en la figura). El artículo es L. Trompet, S. Robert, …, A. C. Vandaele, «Phosphine in Venus’ atmosphere: Detection attempts and upper limits above the cloud top assessed from the SOIR/VEx spectra,» A&A 645: L4 (24 Dec 2020), doi: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202039932.

¿Qué es lo que puede haber observado JCMT y ALMA? Ya se había propuesto que podría ser una línea de absorción del SO₂. Se ha publicado en arXiv un ajuste teórico de los datos bajo la hipótesis de que se trata de SO₂ cuyo origen es el vulcanismo en Venus. El ajuste es muy bueno, lo que explica la señal observada en ausencia de fosfano. Otro varapalo adicional a la hipótesis del grupo de Greaves et al. (os recuerdo mi pieza «Adiós definitivo al fosfano en Venus», LCMF, 28 oct 2020). El artículo es Andrew P. Lincowski, Victoria S. Meadows, …, Shawn Domagal-Goldman, «Claimed detection of PH₃ in the clouds of Venus is consistent with mesospheric SO₂,» arXiv:2101.09837 [astro-ph.EP] (25 Jan 2021).

Nos cuenta María dos noticias breves sobre arqueología. Por un lado, que se ha encontrado una momia con lengua de oro (RT, 03 feb 2021); se considera un amuleto para poder hablar ante la corte del dios Osiris en la otra vida. También se han encontrado nuevas catacumbas en Alejandría (Vanguardia, 29 ene 2021); dieciséis catacumbas grecorromanas con sus respectivas momias en la necrópolis de Taposiris Magna, al oeste de la ciudad mediterránea de Alejandría.

Nos hablan Héctor y Andrés de su reciente artículo (preprint enviado a Astronomy & Astrophysics) sobre el mapeado de la fotosfera solar con redes de neuronas artificiales (ANN). Su objetivo es usar ANN de tipo aprendizaje profundo para resolver el problema inverso que relaciona los espectros observados en el Sol y la física subyacente (cinco temperaturas, tres componentes del campo magnético y una línea de velocidad Doppler). Para el entrenamiento de la red han utilizado señales de entrada aleatorias (cuyos espectros se calculan con el software NICOLE de Héctor); el objetivo es que la red sea capaz de generalizar incluso señales alejadas a las que se espera observar (según los modelos físicos realistas, que podrían sesgar el análisis). Destaca Héctor que la red analiza pixel a pixel la imagen, considerando que todos los píxeles son independientes.

El resultado científico más relevante está relacionado con las fáculas (tubos verticales de campo magnético que forman una red en las manchas solares). Cuando el Sol tiene manchas solares su brillo es mayor que sin manchas, porque junto con las manchas también hay fáculas, que son más brillantes que la superficie y además hay más fáculas que manchas. Las fáculas evacuan material (el interior del tubo de campo magnético está más vacío de materia) con lo que están rodeados por una pared de material más caliente que la superficie solar (porque las paredes están en capas más profundas), así deben aparecer los llamados «hot walls» (paredes calientes) que introdujo Spruit en 1976. Aún no han sido observadas, pero en el limbo de los llamados poros, la red neuronal permite observar unos arcos que el nuevo artículo proclama que podrían ser su primera observación (lo indicado por las flechas naranjas en la figura).

Habrá que esperar a la opinión de otros físicos solares al respecto de la primera observación de los «hot walls». Si se confirma, sería un gran resultado que yo creo que tendría que ser destacado en el título del artículo. El artículo es Hector Socas-Navarro, Andres Asensio Ramos, «Mapping the Sun’s upper photosphere with artificial neural networks,» arXiv:2101.11445 [astro-ph.SR] (27 Jan 2021).

Nos cuenta Bea un artículo que ha logrado observar filamentos cósmicos mediante campos magnéticos. Para ello se ha usado una técnica de apilado de imágenes (obtenidas de la misma región del cielo en diferentes instantes) que permite incrementar la relación señal-ruido (SNR) con una simple suma de los píxeles. Usan datos del catálogo GLEAM (GaLactic and Extragalactic All-sky Murchison Widefield Array) con frecuencias entre 72 MHz y 231 MHz, y datos de rayos X del catálogo de ROSAT (ROentgen SATellit ROSAT) All Sky Survey (RASS). Por primera vez se han observado los filamentos entre cúmulos galácticos en radiación sincrotrón (radio) y térmica (rayos X) con al menos cinco sigmas de significación a escalas ≥ 3 Mpc (~10 años luz).

Se estima que los campos magnéticos observados está entre 30 y 60 nG (nanogauss); para ello se usa el principio de equipartición y se asume que su origen es el efecto Compton inverso. Las observaciones en rayos X apuntan a ~40 nG en los filamentos cósmicos. Se trataría de la primera vez que se observan campos magnéticos en los filamentos entre cúmulos de la red cósmica. Que nadie se confunda, esta figura tan espectacular de filamentos está extraída de simulaciones por ordenador; a la izquierda se muestra la predicción para la radiación en rayos X y a la derecha la predicción para la emisión sincrotrón.

Los modelos teóricos no son capaces de predecir campos magnéticos tan intensos como los estimados. Nos cuenta Bea que los autores recurren a la materia oscura (la materia dominante en los filamentos) para tratar de explicar el exceso en emisión sincrotrón observado. Parece que dicho exceso no es compatible con la aniquilación de materia oscura, pero es compatible con el decaimiento a pares electrón-positrón de una partícula de masa oscura entre 5 y 10 GeV de masa. Comento que si existiese dicha partícula podría ser observada en esta década en los próximos experimentos de búsqueda directa de la materia oscura. El artículo es Tessa Vernstrom, George Heald, …, Elena Pinetti, «Discovery of Magnetic Fields Along Stacked Cosmic Filaments as Revealed by Radio and X-Ray Emission,» arXiv:2101.09331 [astro-ph.CO] (21 Jan 2021).

Y pasamos a señales de los oyentes. La primera pregunta es de Cristina Hernández García: «​Eso de que la energía se ha de conservar en el tiempo para que se mantengan las mismas cosas físicas ¿se trata de que los campos no varíen la intensidad de los mismos en la interacciones físicas?» Contesta Héctor recurriendo al teorema de Noether, que afirma que en un sistema físico invariante ante traslaciones en el tiempo (que un experimento realizado hoy ofrezca el mismo resultado que realizado mañana) se conserva la energía (cuya definición exacta depende del sistema físico considerado). Así, los sistemas cuyas propiedades cambian con el tiempo no conservan la energía. Comento que en la física fundamental todas las leyes físicas son invariantes en el tiempo y por tanto siempre se conserva la energía.

Creo que no contestamos en el podcast a la pregunta sobre la «intensidad de los campos». Supongo que Cristina se refiere a las constantes de acoplamiento, que a pesar de su nombre no son constantes, pues dependen de la energía. Así las constantes de acoplamiento de las interacciones electromagnética, débil y fuerte cambian con la energía hasta alcanzar un valor muy parecido a la escala de energía GUT (el mayor indicio de que se unifican en una única interacción). La conservación de la energía no tiene nada que ver con la variación de las constantes de acoplamiento de las interacciones fundamentales.

Aníbal pregunta:​ «¿cuántos supercúmulos como Laniakea se calcula que puedan existir en el cosmos?» Laniakea es alargado, con su eje mayor alcanzando ~500 millones de años luz y el universo observable tiene un diámetro de ~100 mil millones de años luz; el cociente de sus volúmenes es ~(100 000/500)³ = (200)³ = 8 000 000, es decir, caben unos ocho millones de supercúmulos similares a Laniakea en el universo observable. Como a gran escala hay grandes vacíos, podemos rebajar dicho número en un orden de magnitud, así estimo que habrá del orden de un millón de supercúmulos en el universo observable.

Cebra​ pregunta: «Una para Francis derivada del Facebook de oyentes: ¿Qué fuerza pone a bailar al electrón en el átomo?» Contesto que el concepto «bailar» puede significar varias cosas. Al grano, la fuerza o interacción que une los electrones a los núcleos de los átomos es la electromagnética. ¿Por qué los electrones se mantienen en órbitas discretas cuya energía es múltiplo de la del estado fundamental, la órbita más cercana al núcleo? ¿Cómo se evita que radien y decaigan al núcleo? No sabemos por qué la Naturaleza es cuántica.

La constante de Planck tiene unidades de acción (producto de energía por tiempo, ΔE Δt) o de momento angular (producto de masa por velocidad y por espacio, Δp Δx = m Δv Δx); por ello la acción y el momento angular de un sistema físico se puede medir en múltiplos de la constante de Planck. Un sistema físico con un valor pequeño para la acción y/o el momento angular se comporta como un sistema físico cuántico, con lo que su acción y/o momento angular se encontrarán cuantizados, solo pudiendo tener valores iguales a un múltiplo entero de la constante de Planck. Esto es lo que le pasa a los electrones en un átomo; sus estados ligados al núcleo solo pueden tener valores discretos de la acción. Así la física cuántica es la que pone a «bailar» a los electrones en el átomo.

¡Qué disfrutes del podcast!



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