He participado en el episodio 327 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox, iTunes], titulado “Ep3276: Virasoro; Gran Oxidación; Protoplanetas; GAIA y la Vía Láctea», 05 ago 2021. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Susto en la ISS con el acoplamiento del módulo ruso Nauka (min 7:00); Adiós a Miguel Ángel Virasoro. Repasamos sus contribuciones en teoría de cuerdas y otros (13:00); La gran oxidación y la rotación terrestre (46:00); Protoestrellas, protoplanetas y discos circumplanetarios en el fascinante sistema PDS70; GAIA y la medida de los brazos de la Vía Láctea (1:35:00); Señales de los oyentes (2:00:00). 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 327.

Como muestra el vídeo, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife se encuentra su director, Héctor Socas Navarro @hsocasnavarro (@pcoffeebreak), y por videoconferencia Eva Villaver @villavrr, Sara Robisco Cavite @SaraRC83, Carlos González Fernández  @CarlosGnFd, Gastón Giribet @GastonGiribet, y Francis Villatoro @emulenews.

Tras la presentación de Héctor, nos cuenta el reciente «susto en la Estación Espacial Internacional: el módulo ruso Nauka enciende sus propulsores sin aviso tras acoplarse» (Cristian Rus, Xataka, 30 jul 2021). Más información, como siempre, en el cuarto párrafo de Daniel Marín, «El módulo ruso Nauka se acopla con la ISS», Eureka, 30 jul 2021. Tras el acoplamiento, «el 27 de julio a las 16:45 UTC (18:45 Madrid) algunos propulsores de Nauka se activaron, provocando un cambio imprevisto de la orientación de la ISS, que se inclinó unos 45º. A las 17:30 UTC los propulsores de Nauka dejaron de activarse y la ISS volvió a la normalidad (la pérdida de control duró unos 45 minutos)».

«La tripulación de la ISS no corrió peligro porque la estación está diseñada para hacer frente a imprevistos de este tipo usando los propulsores del segmento ruso, así que no había riesgo de que la ISS quedase con una velocidad de giro excesiva. Pero se consumió una cantidad importante de combustible de forma innecesaria. Este incidente, provocado por un fallo de software, constituye una anomalía intolerable de seguridad que ha dejado en muy mal lugar la imagen de Roscosmos y que ha empañado el acoplamiento exitoso que había tenido lugar pocas horas antes. Nauka es ya parte de la Estación Espacial Internacional».

Lamentamos el triste fallecimiento de Miguel Ángel Virasoro (81 años) el pasado 23 de julio (el mismo día que Steven Weinberg). Recomiendo leer a Lautaro Vergara, «Miguel Ángel Virasoro (1940–2021)», PalabritasWords, 27 jul 2021; Nora Bär, «Murió Miguel Virasoro, el físico argentino pionero de la teoría de cuerdas», El destape, 23 jul 2021. Gastón le veía de forma habitual, Virasoro le visitaba de vez en cuando para comentar avances recientes de teoría de cuerdas, pues le interesaba aunque ya no trabajaba en el tema. Gastón destaca la importancia del álgebra de Virasoro (1970), que describe los operadores de creación y aniquilación de estados de la cuerda, con lo que tiene un puesto basal en teoría de cuerdas.

Virasoro es hijo del famoso filósofo argentino con el mismo nombre, Miguel Ángel Virasoro; presentó su tesis doctoral en 1967 en la Universidad de Buenos Aires (UBA). Su investigación inicial se centró en la «democracia nuclear» de Geoffrey Chew et al. (1961), la idea de que no se pueden distinguir partículas elementales y compuestas; esta idea llevó a los modelos tipo bootstrap y las técnicas de la matriz S (o de dispersión) para explicar las trayectorias de Regge. Virasoro hizo su postdoctorado con Hector Rubinstein, en el Instituto Weizmann de Ciencias (Israel), donde coincidió con Gabriele Veneziano.

En 1968 retornó durante unos meses a Argentina para casarse. Dicho viaje coincidió con el descubrimiento del modelo de resonancias duales de Veneziano, que representa la amplitud de dispersión entre cuatro mesones (ππ → πω) en términos de funciones beta de Euler (G. Veneziano, «Construction of a crossing-simmetric, Regge-behaved amplitude for linearly rising trajectories,» Il Nuovo Cimento A 57: 190-197 (1968), doi: https://doi.org/10.1007/BF02824451). Este artículo se considera el germen de la teoría de cuerdas (al mismo nivel que el artículo de Planck sobre el cuerpo negro se considera el germen de la mecánica cuántica). Viraroso encontró una fórmula alternativa a la de Veneziano, aunque algo más complicada (M. A. Virasoro, «Alternative Constructions of Crossing-Symmetric Amplitudes with Regge Behavior,» Phys. Rev. 177: 2309 (1969), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRev.177.2309); dicha fórmula tenía el problema que parecía difícil de interpretar como dispersión de mesones. La extensión de la fórmula a la interacción ππ → ππ fue desarrollada por Shapiro y Yellin, de forma independiente.

Una vez se comprendió en 1970 que la teoría de resonancias duales (o modelos duales) de Veneziano y Virasoro era una teoría de cuerdas (por Nambu, Nielsen y Susskind, de forma independiente), fue Shapiro quien desveló que la fórmula de Veneziano describe la interacción entre cuerdas abiertas (mesones en QCD) y la de Virasoro describe cuerdas cerradas (estados tipo glubola (glueball) o pomerón en QCD).

Pero Virasoro es más famoso por desvelar la importancia de la simetría conforme en teoría de cuerdas, al introducir la llamada álgebra de operadores de Virasoro (M. A. Virasoro, «Subsidiary Conditions and Ghosts in Dual-Resonance Models,» Phys. Rev. D 1: 2933-2936 (15 May 1970), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.1.2933). La descubrió mientras estaba en Wisconsin; estudió las teoría conformes de campos en 1+1 (lo que en rigor son las teorías de cuerdas), hasta que en 1971 retornó a Argentina. Gastón comenta que por su interés en ayudar a su país, abandonó la física teórica por la oceanografía física. Retornó a EEUU en 1975 para continuar investigando en física teórica, pasó por París y Roma, y acabó trabajando en vidrios de espines. En estos años oscuros para la teoría de cuerdas investigó poco en ella.

A principios de los 1980, Virasoro se interesó por las redes de neuronas artificiales y el funcionamiento del encéfalo (cerebro); le interesaron muchos temas, incluso llegó a dar clases de física-matemática aplicada a la economía. Entre 1995 y 2002 fue director del ICTP (Centro Internacional Abdus Salam de Física Teórica), creado en 1964 por Salam en Trieste (Italia). Virasoro recibió en 2020 la Medalla Dirac (que concede el ICTP desde 1985) a físicos teóricos que no hayan sido reconocidos con el Premio Nobel, la Medalla Fields o el Premio Wolf.

Nos comenta Sara un artículo que se ha publicado en Nature Geoscience una posible correlación entre el aumento de la duración del día y la oxigenación de la Tierra. Nos lo cuenta Antonio Martínez Ron, «El aumento de la duración del día pudo ser clave para crear el oxígeno de la Tierra», Voz Pópuli, 02 ago 2021. La Gran Oxidación ocurrió hace 2400 millones de años, cuando las cianobacterias fotosintéticas llenaron la atmósfera de oxígeno. La nueva hipótesis es que los cambios en la duración del día y el aumento de las horas de luz fueron la clave para que las cianobacterias aumentaran su producción de oxígeno. Cuando se formó el sistema Tierra-Luna, los días eran mucho más cortos (incluso solo seis horas); el planeta se desaceleró debido a la gravedad de la Luna y la fricción de las mareas, y los días se alargaron.

El nuevo artículo presenta los resultados de un modelo computacional. Su conclusión es que los dos principales eventos de oxigenación en la historia de la Tierra, el Gran Evento de Oxidación hace más de dos mil millones de años y el Evento de Oxigenación del Neoproterozoico hace unos 600 millones de años, ambos separados por  «los mil millones aburridos» (the ‘boring bilion’, en inglés), podrían estar relacionados con el aumento de la duración del día. El problema de estos modelos es que son muy complejos y requieren muchas hipótesis; así que el diablo podría ocultarse en los detalles. Este mecanismo podría ser uno de los que intervinieron, pero quizá no fuera el único, ni el más importante. El artículo es J. M. Klatt, A. Chennu, …, G. J. Dick, «Possible link between Earth’s rotation rate and oxygenation,» Nature Geoscience (02 Aug 2021), doi: https://doi.org/10.1038/s41561-021-00784-3.

Aprovecha Eva para hablarnos del efecto de la Luna sobre la vida en la Tierra. Héctor recuerda el libro de Eva Villaver, «Las mil caras de la Luna», Harper Collins (2019). Se ignora mucho sobre estos temas tan apasionantes.

Nos cuenta Eva que se ha observado el primer candidato a «disco protolunar» (en rigor un «disco circumplanetario») en el planeta PDS70c gracias al observatorio submilimétrico ALMA. Recomiendo leer, como no, a Daniel Marín, «Observando el primer «disco protolunar»», Eureka, 25 jul 2021. El sistema PDS 70, situado a unos 400 años luz, tiene una estrella de tipo espectral K7, con una masa que es el 80 % del Sol y una edad de solo 5.4 millones de años. Este joven sistema tiene un bello disco protoplanetario y dos protoplanetas gigantes, PDS 70 b y c, situados a 3300 y 5100 millones de kilómetros de su estrella (22 y 34 Unidades Astronómicas, resp.); Neptuno está a 30 UA del Sol. Nos cuenta Eva que estos planetas se han observado por emisión en la línea Hα (que permite ver el polvo en este sistema estelar). El artículo es Myriam Benisty, Jaehan Bae, …, Alice Zurlo, «A Circumplanetary Disk around PDS70c,» ApJL 916: L2 (22 Jul 2021), doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac0f83; «Astronomers make first clear detection of a moon-forming disc around an exoplanet,» ALMA, 22 Jul 2021; Paul Gilster, «The Case of PDS 70 and a Moon-forming Disk,» Centauri Dreams, 27 Jul 2021; Paul Gilster, «Exoplanet Moons in Formation?» Centauri Dreams, 07 Jun 2019.

El disco protolunar en PDS 70 c tiene una masa entre 0.007 y 0.031 masas terrestres (PDS 70 b podría tener otro). Ambos protoplanetas están en resonancia 2:1 (PDS 70b da dos vueltas a su estrella por una de PDS 70c). Sus masas son de pocas masas de Júpiter (menos de diez). En un futuro se podrá observar la formación de lunas en el disco circumplanetario de PDS 70c, con un diámetro de casi 1 UA (150 millones de kilómetros) y masa suficiente para formar tres satélites con la masa de la Luna. Lo más sorprendente es que estas alucinantes imágenes son muy parecidas a las predicciones de los modelos teóricos.

Ya en 2019 se observó en el infrarrojo que PDS 70b podría tener un disco circumplanetario En los datos de ALMA no se observa dicho disco, pero nos comenta que Eva que aún no se ha descartado. Más infomración en Paul Gilster, «Exoplanet Moons in Formation?» Centauri Dreams, 07 Jun 2019); el artículo es Valentin Christiaens, Faustine Cantalloube, …, Matias Montesinos, «Evidence for a Circumplanetary Disk around Protoplanet PDS 70 b,» ApJL 877: L33 (2019), doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab212b). Por cierto, el catálogo PDS (Planetary Data System) contiene la información sobre planetas obtenida con misiones planetarias de la NASA.

Nos cuenta Carlos que Gaia EDR3 (Early Data Release 3) revela los brazos espirales de la Vía Láctea. Nos cuenta que se han observado estrellas muy jóvenes, que son muy calientes y de color azul brillante de tipo OBA; estas estrellas se han movido poco desde el lugar en el que nacieron, lo que se puede usar para calibrar bien su distancia y posición. ¿Qué nos dicen estas galaxias sobre los brazos espirales de nuestra galaxia? Se ha observado que estas estrellas muy jóvenes se distribuyen (concentran) en ciertos arcos que parecen brazos estelares. Así ofrecen información sobre la dinámica de los brazos estelares de la Vía Láctea; nos cuenta Carlos que los brazos de nuestra galaxia son dinámicos (aparecen y desaparecen), luego la Vía Láctea no es una galaxia espiral de gran diseño (wikipedia).

Todo apunta a que los brazos espirales de la Vía Láctea son caóticos, aparecen y desaparecen, debido a las interacciones con galaxias satélites. Aún así, los datos son insuficientes para asegurar que así sea (se necesitan más datos de futuros misiones similares a Gaia pero que observen en el infrarrojo). El artículo es E. Zari, H.-W. Rix, …, A. Tkachenko, «Mapping luminous hot stars in the Galaxy,» A&A 650: A112 (16 Feb 2021), doi: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202039726, arXiv:2102.08684 [astro-ph.GA] (17 Feb 2021); una noticia divulgativa sobre el tema es Tereza Pultarova, «Why does the Milky Way have spiral arms? New Gaia data are helping solve the puzzle,» Space.com (2021). Un artículo relacionado es A. Castro-Ginard, P.J. McMillan, …, F. Anders, «On the Milky Way spiral arms from open clusters in Gaia EDR3,» arXiv:2105.04590 [astro-ph.GA] (10 May 2021).

Y pasamos a señales de los oyentes (hoy una sección de mayor duración de lo habitual). Cristina Hernandez García pregunta «¿tiene sentido matemático que un tipo de partículas vean el espacio como de Sitter y otro tipo de partícula como si fuera anti-de Sitter, considerando que el espacio-tiempo es como se «ven» entre ellas?» Gastón alude al principio de equivalencia. Deberíamos haber recordado que un espaciotiempo con constante cosmológica (Λ) positiva es tipo de Sitter (dS) y con Λ negativa es tipo anti-de Sitter (AdS). Yo contesto que la constante cosmológica no afecta al comportamiento de las partículas (solo afecta a escalas cósmicas, por encima de la escala de supercúmulos).

Por cierto, al contestar en el podcast omitimos la parte final de la pregunta «considerando que el espaciotiempo…» no existe, emergiendo de la interacción entre partículas. Las teorías actuales que proponen este tipo emergencia se basan en las relaciones de causalidad entre las interacciones de partículas, con lo que no se ven influidas por el tipo de partícula. Según los detalles de la teoría emerge un espaciotiempo tipo dS o tipo AdS, pero no conozco ninguna que permita la emergencia un espaciotiempo con energía oscura no uniforme que permita que ciertas regiones sean de tipo dS y otras regiones sean AdS.

Exospace pregunta «la misión Gaia va a recoger datos durante 5 años, pero la misión sobrevivirá más, como de costumbre. ¿La precisión será mejor, o la de los 5 años es el tope y no mejorará más?» Contesta Carlos que depende del estudio concreto; para ciertos fenómenos, como las variaciones a largo plazo de la dinámica estelar, cuanto más tiempo tome datos Gaia más aportará; pero para la mayoría de sus resultados no afectará mucho. Comentamos que los datos astrométricos (posiciones de estrellas) de Gaia se recalibran (todas) de forma periódica (gracias a que podrían mejorar con las nuevas observaciones); cuanto más dure la misión, mejor serán estas calibraciones (salvo que en los últimos años haya alguna pérdida de precisión por alguna razón técnica que impida su uso en nuevas recalibraciones).

Gonzalo Souto​ pregunta «¿cuáles creen ustedes que son las preguntas abiertas más relevantes que se plantea la ciencia en la actualidad? Y ¿cuáles de ellas creen que se responderán en el «futuro cercano»?» Carlos dice que el problema de la calibración de la escalera de distancias cósmicas, que afecta la problema de la constante de Hubble y uno de cuyos cimientos es Gaia (añado que este problema se resolverá en un futuro cercano). Yo comento que el problema de la energía oscura, pero que no se resolverá en este siglo. Eva comenta que los problemas que aún no hemos sido capaces de imaginar. Sara comenta que la gran pregunta es ¿cuál es la gran pregunta?; ella aclara que hace ciencia aplicada y desarrolla herramientas para la ciencia básica. Gastón también responde que el problema de la energía oscura.

Cebra pregunta «si la radiación de Hawking sólo es térmica, ¿la partícula entrelazada que entra en el agujero negro tampoco lleva más información?» No entendemos bien la pregunta. Contesta Gastón que la información es el propio entrelazamiento (que son correlaciones más fuertes que las clásicas entre ciertos grados de libertad internos de las partículas); no se puede decir que el entrelazamiento tenga más o menos información. Yo contesto que creo que Cebra se refiere a tomar dos partículas entrelazadas, lanzar hacia el horizonte y otra en dirección contraria; en dicho caso el entrelazamiento se mantiene mientras dure la coherencia cuántica (incluso el vacío produce decoherencia). Finaliza Gastón recordando que la radiación de Hawking de los agujeros negros no es completamente térmica; una vez se ha emitido la mitad de la entropía en radiación de Hawking (tiempo de Page) aparecen efectos no térmicos en la radiación (correcciones logarítmicas a la fórmula de Hawking).

Cuan Tin​ pregunta si «la teoría de cuerdas da a entender que la gran explosión no fue el origen del universo, sino solo la evolución de un estado preexistente. Modelos de Gabriele Veneziano. ¿Puede ser cierto?» Contesta Gastón que los modelos cosmológicos de Venaziano, que usan la dualidad T, proponen una especie de rebote cósmico, con una fase previa al big bang; pero no es una predicción genérica de la teoría de cuerdas, que permite modelos tipo big bang inflacionario (aunque las conjeturas del swampland sesgan el espacio de posibles modelos inflacionarios). En teoría de cuerdas hay problemas cosmológicos más acuciantes, como la predicción de un espaciotiempo de tipo de Sitter.

Cristina Hernandez García​ pregunta si «cada medidor hace varias mediciones a un sistema cuántico, a uno le salen los valores más probables, al otro los menos probables, siempre. ¿Cuál de los dos acaba con mayor entropía?» Una pregunta difícil de entender y por ello difícil de contestar. Contesta Gastón que la entropía mide cuán mixto (cuán térmico) es un estado cuántico; pero confiesa que no entiende la pregunta. Yo trato de explicar lo que es la entropía y que no tiene nada que ver con el desorden… creo que me desvío bastante de la pregunta.

Cuan Tin​ pregunta «¿por qué la ciencia usualmente describe, pero no determina, las verdaderas causas de los fenómenos? ¿Eso viene de la filosofía?» Contesto que los científicos pretenden (a nivel íntimo) determinar los porqués (las causas últimas), pero que la metodología científica solo permite desvelar los cómos, describir las relaciones entre fenómenos. Héctor comenta que el científico pretende describir cómo funciona el mundo, algo que se pueda refutar mediante experimentos; un porqué no es refutable per se, comenta Héctor, porque siempre se puede buscar un porqué que no sea refutable.

¡Qué disfrutes del podcast!