Podcast CB SyR 312: ‘Oumuamua, M87* en polarización, antineutrino en IceCube y universalidad leptónica en LHCb

Por Francisco R. Villatoro, el 26 marzo, 2021. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • LHC - CERN • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 1

He participado en el episodio 312 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep312: ‘Oumuamua; Event Horizon Telescope; Antineutrino; Anomalía Leptónica», 25 mar 2021. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: ‘Oumuamua podría ser hielo de nitrógeno (min 6:00); Polarización medida en el agujero negro M87* por el Event Horizon Telescope (49:30); El antineutrino de IceCube y la resonancia Glashow (1:12:00); Anomalía leptónica en el LHCb (1:50:00); Señales de los oyentes (2:09:00).  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 312.

En la foto, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife, su director Héctor Socas Navarro @hsocasnavarro (@pcoffeebreak), y por videoconferencia Alberto Aparici @CienciaBrujula, y Francis Villatoro @emulenews.

El vídeo de YouTube de la grabación en directo incluye algunos trocitos que no se emiten y un chat del que se extraen las preguntas de la sección Señales de los Oyentes. Recuerda que Coffee Break: Señal y Ruido es un podcast, no un canal de YouTube.

Fuente: Sue Selkirk (Arizona State University), https://doi.org/10.1029/2020JE006807

Tras la presentación, Héctor dedica el programa a Serghey, que ha fallecido (y por esa razón no participa hoy). Nuestra primera noticia es sobre ‘Oumuamua, el primer asteroide interestelar observado. Se han publicado un par de artículos que apuntan a que su origen es un fragmento de un cuerpo similar a Plutón o Tritón. Como indica esta figura ‘Oumuamua nació hace unos 400 o 500 millones de años en un sistema estelar joven (quizás en el brazo de Perseo); viajó por el medio interestelar, sometido a la erosión por los rayos cósmicos, hasta que se acercó al Sol (el perihelio fue el 9 de septiembre de 2017). Fue descubierto en octubre cuando ya se alejaba del Sol. Se piensa que está hecho de hielo de nitrógeno con una forma aplanada, similar a una galleta. Su factor de forma pasó del 2:1 inicial hasta un 4:1 al llegar al Sistema Solar, acabando con un 9:1 al alejarse del Sol.

Esta figura muestra el albedo esperado en función de la aceleración no gravitatoria tras el paso por perihelio y de su composición; a partir de este análisis se estima que 1I/‘Oumuamua está compuesto mayoritariamente de hielo de N2 porque explica la aceleración observada, el albedo observado (~0.64) y también por qué no se detectó emisión de CO, CO2 o polvo, ya que el nitrógeno gaseoso es transparente. Además, estiman cuánta masa a perdido antes de pasar por el perihelio (debido a la evaporación del nitrógeno). Más aún, incluso se atreven a estimar cuánto y cómo ha cambiado la forma del objeto en su viaje interstelar y su paso por el perihelio; se estima que tenía un tamaño de 45 m × 44 m × 7.5 m cuando se observó por primera vez a unos 1.42 UA del Sol. Su origen pudieron ser las inestabilidades dinámicas que experimentan los objetos del cinturón de Kuiper, que pueden llevar a la eyección de grandes fragmentos de hielo de nitrógeno.

Esta figura muestra las estimaciones para el cambio de masa, temperatura superficial y razón de aspecto entre antes y después del paso por el perihelio. Para Héctor y Alberto el análisis del artículo es muy razonable. Los dos artículos son Alan P. Jackson, Steven J. Desch, «1I/‘Oumuamua as an N2 ice fragment of an exo‐Pluto surface: I. Size and Compositional Constraints,» JGR: Planets 2021: e2020JE006706 (16 March 2021), doi: https://doi.org/10.1029/2020JE006706, arXiv:2103.08788 [astro-ph.EP] (16 Mar 2021), y Steven J. Desch, Alan P. Jackson, «1I/‘Oumuamua as an N2 ice fragment of an exo‐pluto surface II: Generation of N2 ice fragments and the origin of ‘Oumuamua,» JGR: Planets 2021: e2020JE006807 (16 Mar 2021), doi: https://doi.org/10.1029/2020JE006807, arXiv:2103.08812 [astro-ph.EP] (16 Mar 2021). Más información divulgativa en Arizona State University, «Scientists determine the origin of extra-solar object ‘Oumuamua,» Phys.org, 17 Mar 2021.

Fuente: EHT (ESO) https://www.eso.org/public/spain/news/eso2105/

Observan la polarización de la luz alrededor de M87* con el EHT (Event Horizon Telescope). El 10 de abril de 2019 se publicó la primera imagen de la sombra de un agujero negro basada en datos recopilados en 2017. Se midió la polarización, pero su análisis ha requerido varios años de trabajo. La imagen de la sombra del agujero negro en luz polarizada es clave para entender cómo se comporta el campo magnético en el disco de acreción del agujero negro, que es la fuente del chorro relativista de la galaxia M87 (que alcanza más de 5000 años luz desde su núcleo y cuya energía cinética se estima en ~1042–44 erg/s). Este proceso aún reserva muchas incógnitas.

Fuente: EHT (ESO) https://www.eso.org/public/spain/news/eso2105/

EHT ha observado el núcleo de la galaxia M87 (NGC 4486), en el cúmulo de Virgo, a 230 GHz (longitud de onda de 1.3 mm); la sombra observada está rodeada de un anillo brillante (42 ± 3 μas) debido a la emisión de sincrotrón producida por electrones relativistas en el plasma caliente (≳ 1010 K) que rodea al agujero negro. La nueva imagen muestra que una parte del anillo está polarizada linealmente; la proporción alcanza un máximo de ~15 % en la región suroeste. Los vectores de la polarización forman un patrón (casi) azimutal. Los campos magnéticos en el disco de acreción son tan fuertes que compensan la gravedad del agujero negro. Por ello, solo un parte del gas se cuela entre las líneas de campo magnético cayendo en espiral hacia el horizonte de sucesos. Futuras observaciones de EHT (colaboración con más de 300 investigadores) deben revelar muchos detalles que aún se nos escapan.

El agujero negro supermasivo M87* tiene una masa de (6.6 ± 0.4) × 109 M, aunque a partir de la imagen de EHT se estimó (6.5 ± 0.7) × 10M, que implica un radio de Schwarzschild de Rs = 2 GM/c2 = 1.8 × 10 13 m. El «punto gordo» que observa EHT tiene un diámetro de 20 μas, es decir, 0.0016 pc = 2.5 Rs. La polarización se caracteriza por los parámetros de Stokes: I (intensidad), Q (polarización lineal horizontal), U (polarización lineal vertical) y V (polarización circular); se suele calcular la polarización lineal P a 45 grados como P2 = Q2 + U2.

Las observaciones se realizaron con ocho observatorios en los días 5, 6, 10 y 11 de abril. Como muestra la figura, la resolución espacial de la polarización es baja, así que las imágenes de más arriba que muestran líneas muy delgadas son puramente artísticas. Solo se ha observado la polarización lineal en una magnitud mucho menor de lo predicho por los modelos teóricos (la razón es que su escala es menor de los 20 μas del «punto gordo» usado). Se estima una densidad de ne ~ 104–7 cm−3, una intensidad de campo magnético de B ~ 1–30 G, y una temperatura para los electrones de Te ~ (1–12) × 1010. La distribución azimutal azimutal de la polarización lineal apunta a campos magnéticos poloidales. Se infiere una tasa de acreción de materia en el agujero negro de (3–20) × 10−4 M/yr.

La fracción de la luz polarizada linealmente en el núcleo es ~ 2.7 %. La fracción de polarización circular V (no observada) se estima < 0.8 % y la fracción de polarización lineal P (observada) se estima < 30 % en su valor máximo, y su media en el intervalo 5.7 % y 10.7 %. El radio de emisión se estima en r ~ 5 rg , con una temperatura de los electrones de Te = 6.25 × 1010 K. El campo magnético estimado es pequeño, B ≲ 30 G; campos B mayores la temperatura de los electrones sería ~ 1010 K, demasiado pequeña para explicar el brillo observado; campos B menores darían lugar a una polarización circular mayor de 1 %.

Los artículos son The Event Horizon Telescope Collaboration, «First M87 Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring,» The Astrophysical Journal Letters 910: L12 (24 Mar 2021), doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abe71d, y The Event Horizon Telescope Collaboration, «First M87 Event Horizon Telescope Results. VIII. Magnetic Field Structure near The Event Horizon,» The Astrophysical Journal Letters 910: L13 (24 Mar 2021), doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abe4de. Los nuevos resultados de ALMA sobre el chorro relativista se han publicado en Ciriaco Goddi et al., «Polarimetric Properties of Event Horizon Telescope Targets from ALMA,» The Astrophysical Journal Letters 910: L14, doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/abee6a.

Todos los medios se han hecho eco de este resultado. Recomiendo «Un equipo de astrónomos obtiene una imagen de los campos magnéticos presentes en los límites del agujero negro de M87,» ESO, 24 mar 2021; «Nueva imagen en luz polarizada del agujero negro de la galaxia M87,» Agencia SINC, 24 mar 2021; Ignacio Crespo, «Primera observación del campo magnético circundante a un agujero negro,» Ciencia, La Razón, 25 mar 2021; entre muchos otros.

Comentamos la noticia del antineutrino detectado por IceCube que generó un bosón W. Te recomiendo leer en mi blog «IceCube observa la resonancia de Glashow gracias a un antineutrino ultraenergético de 6.05 PeV,» LCMF, 24 mar 2021; el artículo es The IceCube Collaboration, «Detection of a particle shower at the Glashow resonance with IceCube,» Nature 591: 220-224 (10 March 2021), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-021-03256-1; más información divulgativa en Carla Distefano, «Giant ice cube hints at the existence of cosmic antineutrinos,» Nature 591: 206-207 (10 Mar 2021), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-00486-1.

La anomalía en la universalidad leptónica de LHCb. Te recomiendo leer mi pieza «LHCb observa una anomalía en la universalidad leptónica con 3.1 sigmas,» LCMF, 24 mar 2021; el nuevo artículo es LHCb collaboration, «Test of lepton universality in beauty-quark decays,» Nature Physics (submitted), arXiv:2103.11769 [hep-ex] (22 Mar 2021). El resultado se anunció en la charla de Dan Moise (on behalf of the LHCb collaboration), «Test of lepton flavour universality in b → sℓ+ decays at LHCb,» Moriond EW 2021 (23 Mar 2021) [slides PDF].

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Adrián Fernández Vigopregunta: «¿Pueden los neutrinos interaccionar entre ellos? Cuando en una supernova hay «presión de neutrinos», ¿puede ser por eso, o es solo por la cantidad que libera y la enorme energía que tienen? Contesta Alberto que la interacción entre neutrinos vía el bosón vectorial Z está muy suprimida (es muy improbable) por la gran masa del bosón Z y la pequeña masa de los neutrinos. Pero esta interacción no tiene ningún efecto sobre las supernovas. 

Mariana Benedictto​ pregunta: «¿Qué diferencia hay entre neutrinos astrofísicos y el fondo cósmico de neutrinos?» Contesta Alberto que los neutrinos astrofísicos forman un fondo difuso de neutrinos porque ignoramos dónde están sus fuentes (salvo muy pocos casos, como el Sol, la supernova 1987A, etc.). El fondo cósmico de neutrinoses una señal primordial que se «congeló» cuando el universo tenía unos 2 segundos, siendo análoga al fondo cósmico de microondas, que se «congeló» cuando el universo tenía unos 380 mil años. No hemos observado el fondo cósmico de neutrinos y parece que vayamos a poder observarlo en las próximas décadas. 

Adrián Fernández Vigo pregunta: «Es curioso que otras partículas, cuanta más energía tienen, menos posibilidades tienen de interaccionar, ¿no?» Contesta Alberto que la probabilidad de interacción depende de los acoplamientos entre los campos implicados (o partículas implicadas) que cambian con la energía. La constante de estructura fina (acomplamiento electromagnético) crece con la energía, mientras que las constantes de acoplamiento débil y fuerte decrecen con la energía; además, casi coinciden a una energía de unos 10¹²–10¹³ GeV. Así que la sección eficaz y la fracción de desintegración dependen del comportamiento de la interacción mediadora. 

Lo dicho, ¡qué disfrutes del podcast!



1 Comentario

  1. Hola Francis

    A tenor del comentario sobre Oumumua en Coffee Break, se me ha ocurrido buscar artículos sobre el tema y creo que Abraham Loeb y algún colaborador han publicado el día 25 de Marzon un ‘contra-artículo’ sobre la hipótesis del nitrógeno. He leído el libro de este señor y estoy totalmente de acuerdo con los comentarios que hicisteis en otro episodio de Coffee Break sobre el mismo, pero obviamente tiene que hacer un «sostenella y no enmendalla» por la cuenta que le tiene a él y a su editorial. En fín…

    Carlos

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