Podcast CB SyR 308: Marte, CLASP2, el «millardo aburrido» y Cygnus-X1

Por Francisco R. Villatoro, el 26 febrero, 2021. Categoría(s): Astrofísica • Astronomía • Biología • Ciencia • Física • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 6

He participado en el episodio 308 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep308: Marte; CLASP2; Boring Billion; Cygnus-X1; Señales de Oyentes», 25 feb 2021. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: El «día después» de Perseverance en Marte (min 5:00); CLASP2, el cohete-sonda para polarimetría solar ultravioleta (1:07:00); La vida en la Tierra durante el boring billion (1:22:00); El famoso agujero negro Cygnus-X1 vuelve a sorprender (1:48:00); Señales de los oyentes (1:58:00). 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 308.

Héctor no ha publicado la foto de tertulianos de este episodio, pero me la ha enviado en privado, con permiso para publicarla. En la foto, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife, su director Héctor Socas Navarro @hsocasnavarro (@pcoffeebreak), y por videoconferencia Héctor Vives-Arias @DarkSapiens, Alberto Aparici @CienciaBrujula, y Francis Villatoro @emulenews. También interviene en la segunda hora Javier Trujillo Bueno (foto), quien fue codirector, junto a Basilio Ruíz Cobo, de la tesis doctoral de Héctor Socas Navarro, «Non-LTE Inversion of Spectral Lines and Stokes Profiles» (Inversión de líneas espectrales y perfiles de Stokes en condiciones alejadas del Equilibrio Termodinámico Local), presentada en el Instituto de Astrofísica de Canarias (1999). Como nos comentó Javier en el directo en YouTube, esta tesis recibió el Primer Premio de la Sociedad Española de Astronomía a la mejor tesis doctoral española en Astronomía y Astrofísica del período 1998-1999.

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

Tras la presentación, Héctor nos habla de la noticia de la semana, que digo, del mes, … el aterrizaje del rover Perseverance en Marte. Alucinante, este vídeo de YouTube del aterrizaje, grabado desde cámaras in situ, nos ha abierto la boca a todas. El vídeo comienza con la secuencia del despliegue del paracaídas (21.5 metros de diámetro) y su inflado posterior a velocidades supersónicas (unos 1600 km/h). El vídeo continúa con el descenso a la superficie gracias a una cámara situada en el chasis del rover… Os recomiendo leer los detalles en Daniel Marín, «Tango Delta: cómo aterrizó Perseverance en Marte», Eureka, 22 feb 2021. También en Stephen Clark, «NASA releases first-of-its-kind high-definition video of Mars rover landing,» Spaceflight Now, 22 Feb 2021.

El rover Perseverance tiene tres antenas de comunicaciones, como ilustra esta figura. La antena de alta ganancia en la banda X de radio (X-band High-Gain Antenna), la antena de baja ganancia en la banda X de radio (X-band Low-Gain Antenna) y la antena de UHF o ultraalta frecuencia (Ultra-High Frequency Antenna). Esta última emite a 400 MHz (megahercios), en la banda UHF, con una tasa máxima de 2 Mb/s (megabits por segundo); se comunica con la Tierra a través de los orbitadores de la NASA en Marte que reenvían la señal hacia la red de espacio profundo (Deep Space Network, o DSN). La distancia entre Marte y la Tierra es de entre 5 y 20 minutos luz, según su posición relativa en sus respectivas órbitas, así que la tasa depende de la distancia. Las otras dos antenas usan la banda de radio X de radio, o sea entre 7 y 8 GHz (gigahercios), con una velocidad de transmisión directa hasta la DSN para la de alta ganancia entre 800 y 3000 b/s (bits por segundo) y para la de baja ganacia entre 10 y 30 b/s (bits por segundo). Más información en «Communications of the Mars 2020 rover, Perseverance,» Mars, NASA.

El paracaídas contiene un mensaje escrito en código binario (gracias a las bandas en colores rojo y blanco); algo que sorprendió a Alberto. El mensaje en los discos concéntricos es «Dare Mighty Things», que también aparece en las paredes de la sala de control de la misión en el JPL (Jet Propulsion Laboratory) de la NASA. Te recomiendo disfrutar en el audio del podcast cómo mis compañeros explican en español lo que se dice en el audio del vídeo del aterrizaje; también explican lo que pasa durante el descenso de Perseverance. Yo disfruté escuchándoles (aunque en el directo el audio se escuchaba muy bajito y era difícil entender lo que decían). Por cierto, aclaran por qué no se observan los gases de escape como «fuego» de los propulsores (que la NASA representa en sus dibujos del proceso); el combustible, hidracina (N₂H₄), produce hidrógeno y nitrógeno que son gases incoloros.

Finalmente, Héctor retoma el asunto del paracaídas y nos comenta las inestabilidades de tipo «oscilaciones de área» que se producen durante el despliegue bajo flujo supersónico (a Mach 2.2). Estas oscilaciones de área son un movimiento torsional del paracaídas en torno al centro de masas común de la nave y el paracaídas. Este fenómeno aparece a partir de Mach 1.5 y el diseño del paracaídas en túneles de viento debe minimizar su efecto pernicioso. Más información en Douglas S. Adams, Tommaso P. Rivellini, «Mars Science Laboratory’s Parachute Qualification Approach,» 20th AIAA Aerodynamic Decelerator Systems Technology Conference and Seminar, 4-7 May 2009, Seattle, Washington (PDF).

Ya en la segunda hora del episodio, escuchamos un audio de José María del Río (que puso la voz a Carl Sagan en el doblaje al español emitida por televisión española). Nos lee un texto sobre Marte del libro «Cosmos» del propio Carl Sagan. Sagan afirma que el paisaje marciano parece terrestre («Marte era un lugar»). Todos comentamos lo que nos parecen estas palabras del maestro y lo que nos ha parecido el aterrizaje de Perseverance.

Presentamos a Javier Trujillo que nos cuenta los nuevos resultados del telescopio CLASP2. Se trata de un cohete suborbital que al alcanzar unos 100 km lanza un telescopio que llega a alcanzar 300 km y que durante unos cinco minutos apunta hacia el Sol, observando la polarización de la luz solar (que es sensible al campo magnético); el telescopio retorna a la Tierra y se reutiliza (con ciertos cambios). El primer experimento (CLASP) fue en septiembre de 2015 y midió la polarización lineal en la radiación UV más intensa producida por los átomos de hidrógeno en la parte alta de la cromosfera solar (la línea Lyman alfa del hidrógeno a 1215 Å).

El segundo experimento (CLASP2), cuyas siglas son las mismas pero tienen un significado diferente, ha estudiado las líneas del magnesio ionizado (líneas h y k del Mg II a unos 2800 Å); gracias a que la longitud de onda es mayor también se puede observar la polarización circular. Nos anuncia Javier que habrá un CLASP3 (que el miércoles 24 de febrero le enviaron el correo electrónico desde la NASA aceptando su propuesta). El gran resultado de estos experimentos de demostración (cuya duración es solo de unos cinco minutos) es que han demostrado que se puede medir el campo magnético solar con esta tecnología; así, en el futuro, se podrá diseñar una misión espacial propiamente dicha, un telescopio solar que mida de forma continua y permanente el campo magnético solar.

El artículo científico con los nuevos resultados es Ryohko Ishikawa, Javier Trujillo Bueno, …, Jorrit Leenaarts, «Mapping solar magnetic fields from the photosphere to the base of the corona,» Science Advances 7: eabe8406 (19 Feb 2021), doi: https://doi.org/10.1126/sciadv.abe8406. Más información en «El experimento espacial CLASP2 cartografía, por primera vez, el campo magnético solar desde la fotosfera hasta la base de la corona», Noticias IAC, 19 feb 2021; «Nuevos mapas del campo magnético solar arrojan luz sobre la actividad del Sol», Agencia SINC, 19 feb 2021; y Jeff Spry, «NASA’s solar missions compose stunning new map of the Sun’s magnetic fields,» SyFy, 22 Feb 2021.

Nos habla Alberto del «millardo aburrido» (boring billion), desde hace 2000 millones de años hasta hace 1000 millones de años (cuando la Tierra tenía entre 2500 y 3500 millones de años). Un nuevo artículo en Science estudia la formación de montañas durante este periodo y muestra que prácticamente no se crearon. Esto nos lleva a la gran cuestión, ¿estuvo «detenida» la evolución de la vida durante 1000 millones de años porque no se creaban nuevas montañas? En esta época la corteza terrestre era como un 150 % más gruesa, según el análisis de zircones; esto implica que se redujo la erosión del terreno debido a los ríos, con lo que los océanos recibieron muchos menos minerales y nutrientes, necesarios para los organismos microscópicos sobrevivieran. Así la vida autótrofa (los animales somos heterótrofos) pasó por una «época de hambre», lo que que congeló (o al menos ralentizó) el ritmo de la evolución. Aún así, como comenta Alberto, se sabe que en esta época ocurrieron algunos cambios evolutivos muy relevantes.

Esta relación entre la geología y la biología conecta dos anomalías, correlacionando el «parón» geológico y el biológico. Nos comenta Alberto que también hay otras anomalías, como una anomalía climática (la ausencia de glaciaciones), o anomalías atmosféricas (como la distribución de oxígeno disponible en los océanos). Héctor Vives conecta el tema con la evolución de la vida en el cosmos; quizás eventos propios de la Tierra son responsables del ritmo de la evolución en nuestro planeta, que podría no ser representativo del ritmo de la evolución en otros planetas. Un tema que apasiona a Alberto, así que recomiendo escucharle en el audio. El artículo es Ming Tang, Xu Chu, …, Bing Shen, «Orogenic quiescence in Earth’s middle age,» Science 371: 728-731 (12 Feb 2021), doi: https://doi.org/10.1126/science.abf1876.

Nos habla Héctor Vives de los últimos avances sobre el agujero negro Cygnus X-1, un sistema binario de rayos X. Se ha estimado con precisión las masas del agujero negro y de su estrella compañera; resulta que el sistema binario está a unos 2.22 ± 0.18 kpc (kiloparsecs), mucho más lejos de los 1.86 ± 0.12 kpc que se habían estimado con anterioridad. Al reevaluar la luminosidad de la estrella se estima que el agujero negro tiene una masa de 21.2 ± 2.2 masas solares (cuando se pensaba que tenía 14.8 ± 1.0 M⊙) y la estrella 40.6 ± 7.7 M⊙ (ante se pensaba que rondaba las 20 M⊙). Destaca Héctor Vives que las implicaciones de este resultado son enormes, no solo a nivel astrofísico, sino también cosmológico, pues implican cambios en la evolución de las primeras estrellas, que podrían afectar al amanecer cósmico.

El artículo es James C. A. Miller-Jones, Arash Bahramian, …, Joern Wilms, «Cygnus X-1 contains a 21–solar mass black hole—Implications for massive star winds,» Science eabb3363 (18 Feb 2021), doi: https://doi.org/10.1126/science.abb3363, arXiv:2102.09091 [astro-ph.HE] (18 Feb 2021); más información divulgativa en Michelle Starr, «We Thought We Understood The ‘First’ Black Hole. But We Were Wrong, Scientists Say,» Science Alert, 18 Feb 2021; Phil Plait, «Cygnus X-1, the first black hole ever detected, is more massive than we thought,» SyFy, 19 Feb 2021. En español recomiendo Enrique Sacristán, «La masa récord del agujero negro Cygnus X-1 sorprende a los astrónomos», Agencia SINC, 18 feb 2021.

A nivel astrofísico destacan los cambios en la dinámica de la explosión de supernova que dio lugar a Cygnus X-1. En concreto, su mayor masa implica que se perdió mucha menos masa durante la explosión de lo que se pensaba; así el momento angular final del agujero negro tuvo que ser mucho más grande. Un nuevo artículo estima un espín (momento angular normalizado a la unidad) de a* > 0.9985 (3σ); este resultado implica que se trata de un agujero negro de tipo Kerr extremo (sería extremal si a* = 1). El artículo sobre el espín es Xueshan Zhao, Lijun Gou, …, Ye Feng, «Re-estimating the Spin Parameter of the Black Hole in Cygnus X-1,» The Astrophysical Journal 908: 117 (18 Feb 2021), doi: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abbcd6, arXiv:2102.09093 [astro-ph.HE] (18 Feb 2021). Héctor Vives también nos recomienda un artículo sobre cómo afecta el cambio en la masa y el espín de Cygnus X-1 en su formación: Coenraad J. Neijssel, Serena Vinciguerra, …, Ilya Mandel, «Wind Mass-loss Rates of Stripped Stars Inferred from Cygnus X-1,» The Astrophysical Journal 908: 118 (18 Feb 2021), doi: https://doi.org/10.3847/1538-4357/abde4a, arXiv:2102.09092 [astro-ph.SR] (18 Feb 2021).

Para finalizar pasamos a Señales de los Oyentes. Daniel Caballero pregunta «¿en una supernova se producen antineutrinos y antipartículas, o solo partículas y neutrinos?» Respondo que no hay diferencia conceptual entre partículas y antipartículas, y que los procesos muy energéticos producen partículas y antipartículas a casi el mismo ritmo. Ahora bien en los procesos menos energéticos, la materia emite con preferencia partículas y neutrinos (por ejemplo en una estrella). Así en las supernovas se emiten antineutrinos, positrones y antiprotones, pero en menor cantidad que neutrinos, electrones y protones.

Pregunta gargoloso​ «¿cuál es la diferencia entre la función de onda, la onda piloto y la ondas de De Broglie? ¿Son diferentes formas de ver lo mismo o son conceptos u objetos diferentes?» Las ondas de materia de De Broglie describen la dualidad onda-partícula, es decir, están detrás de la formulación ondulatoria de Schrödinger. En esta última formulación se llama función de onda a un objeto teórico que describe la evolución de la distribución de probabilidad de un observable (a esto se le llama elegir una representación); normalmente se usa la posición Ψ(x) o el momento lineal Ψ(p), pero también se pueden usar otros observables. Así la función de onda de Schrödinger es una formulación rigurosa de la idea de De Broglie.

Los valores de la función de onda son números complejos, luego podemos descomponerlos en parte real y parte imaginaria, sea Ψ = Ψᵣ + i Ψᵢ , con i = √−1. En la interpretación de la onda piloto de Bohm y De Broglie se hace una descomposición de la función de onda en valor absoluto y fase, sea Ψ = |Ψ| exp(i θ) = √ρ exp (i S/ℏ), donde ρ es la densidad de probabilidad y S es la acción de la ecuación de Schrödinger. En la interpretación de la onda piloto la onda «pilotada» se describe por la densidad de probabilidad (es decir, el módulo de la función de onda) y la velocidad de la partícula «piloto» con masa m se describe por el gradiente de la acción, v = ∇S/m (es decir, la fase de la función de onda determina su velocidad). Así se puede decir que la onda de la onda piloto y la función de onda son más o menos el mismo concepto.

Cristina pregunta «Con la interpretación de muchos mundos, ¿los universos ponstinflacionarios deberían estar entrelazados entre sí?» Contesto que el entrelazamiento entre dos objetos ocurre cuando tienen un mismo origen (cuando un «todo» se divide en varias «partes», éstas aparecen entrelazadas). En la especulación del multiverso inflacionario se suele afirmar que diferentes regiones del falso vacío preinflacionario fluctúan y dan lugar a universos burbuja causalmente desconectados; en dicho caso no estarían entrelazados (pues para estarlo tendrían que tener un origen común en una fluctuación común del falso vacío). Así que la respuesta estándar a la pregunta es que no están entrelazados. Hay que recordar que el entrelazamiento parece exótico, pero solo es el nombre de las correlaciones cuánticas entre propiedades de objetos con un origen común (estas correlaciones son un poco más fuertes que las clásicas, pero solo son correlaciones entre propiedades).

¡Qué disfrutes del podcast!



6 Comentarios

  1. Si la antimateria se origina en procesos de altas energías se puede suponer que en las super novas o fusiones de agujeros negros u otros fenómenos similares existe gran cantidad de ella, y que no llega a nosotros porque colisiona antes con la materia?.
    Lo otro que quería saber es si la antimateria se origina para conservar o mantener un equilibrio o algo así? como he leído que del vacío cuántico las partículas surgen siempre de a pares. gracias por difundir ciencia .

    1. Dino, los positrones se descubrieron en los rayos cósmicos, y en ellos observamos antineutrinos, antiprotones, etc. La antimateria se produce en la desintegración o decaimiento de estados de alta energía de la materia; así todos los fenómenos violentos del universo producen antipartículas. Por ejemplo, los remanentes de las supernovas contienen grandes cantidades de elementos pesados, muchos de los cuales son radiactivos beta, que emiten positrones y neutrinos, o electrones y antineutrinos, es decir, que emiten antimateria.

      1. Gracias por tu respuesta. la cual me origina otra duda : de esta antimateria hay algunas de estas antipartículas que necesiten eventos muy fuertes para generarse? porque otros como los positrones y antineutrinos lo están haciendo a cada momento en los núcleos inestables muy cercanos a nosotros .

  2. Hola Francis,
    Cuando se activó el Big bang traía consigo los campos y vacíos existentes? , porque no logro entender aquello que todo surgió de una fluctuación cuántica (asumo que algo gordo se me escapa) eso me suena a que había ya actividad previa y que esas fluctuaciones provenían de algún sitio que las originaba .

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