He participado en el episodio 341 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox, iTunes], titulado “Ep341: Gravitondas; Monopolos; Fluidos en Roca Porosa; Agua en Galaxias; Agujeros Negros», 11 nov 2021. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Estopa y calaverita (min 5:00); Nuevas detecciones de gravitondas por LIGO+VIRGO (17:30); Buscando los monopolos magnéticos (59:00); Fluidos políméricos en roca porosa (1:20:00); Detección de H2O y CO en galaxias jóvenes y distantes (1:42:00); Simulando los chorros del agujero negro de M87 (1:55:00); Señales de los oyentes (2:20:15). 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 341.
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 Sara Robisco Cavite @SaraRC83, Alberto Aparici @cienciabrujula, Gastón Giribet @GastonGiribet, y Francis Villatoro @emulenews.
Tras la presentación de Héctor pasamos a hablar de las 35 nuevas ondas gravitacionales observadas en el LIGO-Virgo Run O3b. El nuevo catálogo GTWC-3 ya tiene 90 ondas gravitacionales. Cuatro artículos firmados por 1655 autores analizan las nuevas gravitondas. Entre las 35 señales se observan 3 NSBH (fusiones de estrella de neutrón y agujero negro) y 32 BBH (fusiones de agujeros negros); entre las 90 tenemos 4 (o 5) NSBH, 2 BNS (fuiones de estrellas de neutrones) y el resto BBH. No se ha observado ninguna contraparte electromagnética asociada a las 35 nuevas ondas gravitacionales (GW170817 del Run O2 sigue siendo la única sirena estándar observada). Más información en este blog en «Las nuevas 35 ondas gravitacionales del run O3b de LIGO y Virgo», LCMF, 08 nov 2021.
Usando 47 de las señales del GWTC-3 se ha actualizado la estimación de la constante de Hubble obtenida con GW170817 hasta H₀ = 68⁺¹³₋₇ km/s/Mpc (al 68 % CL); valor que se puede mejorar a H₀ = 68⁺⁸₋₆ km/s/Mpc (al 68 % CL), si se fija a priori la distribución de sus fuentes; por desgracia, este valor tiene poca relevancia cosmológica por su gran error. No hay sorpresas reseñables entre las nuevas señales observadas, por lo que no se ha destacada ninguna de ellas en un artículo específico. Lo más relevante es que la estadística crece y con ello se pueden empezar a poner a prueba diferentes modelos de formación de binarias compactas que acaban en fusiones.
Los cuatro artículos son The LIGO Scientific Collaboration, the Virgo Collaboration, the KAGRA Collaboration, «GWTC-3: Compact Binary Coalescences Observed by LIGO and Virgo During the Second Part of the Third Observing Run,» arXiv:2111.03606 [gr-qc] (05 Nov 2021); «Constraints on the cosmic expansion history from GWTC-3,» arXiv:2111.03604 [astro-ph.CO] (05 Nov 2021); «The population of merging compact binaries inferred using gravitational waves through GWTC-3,» arXiv:2111.03634 [astro-ph.HE] (05 Nov 2021); «Search for Gravitational Waves Associated with Gamma-Ray Bursts Detected by Fermi and Swift During the LIGO-Virgo Run O3b,» arXiv:2111.03608 [astro-ph.HE] (05 Nov 2021).
Nos cuenta Alberto un artículo sobre la búsqueda de monopolos magnéticos en el campo magnético de la Tierra. Este campo se puede descomponer en una suma de componentes multipolares (monopolar, dipolar, cuadripolar, etc.); si no hay monopolos en el interior de un planeta esférico, la componente monopolar debe ser nula. Por supuesto, la Tierra no es esférica, pero se puede usar el teorema de Gauss para estimar el exceso de su componente monopolar asociada a posibles monopolos magnéticos en su interior. Un nuevo artículo aplica esta técnica a los datos durante seis años de los satélites Swarm para estimar que el campo magnético de monopolos en el interior de la Tierra es menor de |B| < 0.13 nT (nanoteslas) a un nivel de confianza estadística del 95 %; este valor es muy pequeño, 2 × 10⁻⁶ veces el campo magnético de la Tierra. Dicho número restringe la concentración de monopolos en la Tierra (cuyo valor depende de la masa del monopolo).
Polyakov y ‘t Hooft, ambos en 1974, predijeron que la rotura de una simetría gauge (tenían en mente la simetría SU(5) de gran unificación) conduce a la aparición de monopolos magnéticos; su masa estaría en la escala de rotura de simetría, luego los GUT, por ejemplo, para una simetría SU(5), tendrían una masa ∼10¹⁷ GeV/c². Una masa enorme para que podamos producirlos en colisionadores, pero que podrían producirse en el universo primordial y permanecer hasta la actualidad. El nuevo artículo es muy sencillo y estima que el campo monopolar observado es de 0.022 ± 0.046 nT, un valor compatible con cero. Como la técnica usada, una versión modificada de la ley de Gauss para tener en cuenta que el movimiento de los satélites y la propia Tierra no son esféricos, es muy sencilla, este estudio promete mejores estimaciones en el futuro.
Comenta Gastón que si existen los monopolos entonces se explica (siguiendo ideas de Dirac) la cuantización de la carga del electrón (y la del monopolo). El artículo es Yang Bai, Sida Lu, Nicholas Orlofsky, «Searching for Magnetic Monopoles with Earth’s Magnetic Field,» Physical Review Letters 127: 101801 (31 Aug 2021), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.127.101801, arXiv:2103.06286 [hep-ph] (10 Mar 2021).
Nos cuenta Sara un artículo sobre por qué los fluidos de soluciones poliméricas se ralentizan al pasar por materiales porosos (un problema planteado en los años 1960). El flujo dominado por la viscosidad de una solución polimérica se caracteriza por una viscosidad aparente, que coincide con la viscosidad cinemática para caudal bajo, pero que por encima de un valor crítico se incrementa de forma brusca. El física detrás de este fenómeno se considera un misterio desde hace unos 50 años, descubierto en David F. James, D. R. Mclaren, «The laminar flow of dilute polymer solutions through porous media,» Journal of Fluid Mechanics 70: 733-752 (1975), doi: https://doi.org/10.1017/S0022112075002327.
Para resolver el misterio se ha estudiado un medio poroso transparente hecho de diminutas perlas de vidrio de borosilicato (con un diámetro de 330 ± 30 µm), con una longitud de 8.1 cm y una sección transversal de 3.1 mm × 3.1 mm, con una porosidad de φ ≈ 0.41; como las perlas son transparentes, se puede visualizar el movimiento de la solución polimérica al microscopio óptico cuando se usan micropartículas de látex fluorescentes como trazadores. Los resultados experimentales muestran que la resistencia anómala está causada por una inestabilidad del flujo, la turbulencia elástica, en la que el flujo se vuelve caótico, como en la turbulencia general, pero impulsada por la elasticidad del polímero.
Hay que recordar que la mayoría de los fluidos en un medio poroso se comportan como un flujo laminar; sin embargo, al añadir polímeros, aunque sea una concentración diluida, este flujo se vuelve inestable y caótico, con lo que aparece la resistencia al flujo del líquido. El nuevo resultado puede tener aplicaciones en geociencias, el flujo en lechos de roca y en acuíferos. El artículo es Christopher A. Browne, Sujit S. Datta, «Elastic turbulence generates anomalous flow resistance in porous media,» Science Advances 7: 2619 (05 Nov 2021), doi: https://doi.org/10.1126/sciadv.abj2619, arXiv:2011.06036 [physics.flu-dyn] (11 Nov 2020); más información divulgativa en Enrique Sacristán, «Una ‘roca’ porosa artificial ayuda a descifrar un misterio de hace medio siglo,» Agencia SINC, 05 nov 2021.
Nos cuenta Gastón que se ha detectado indicios de agua (H₂O) y monóxido de carbono (CO) en una galaxia muy lejana, SPT0311-58 (que en realidad son dos galaxias cercanas), con desplazamiento al rojo de z = 6.9 (situada a unos 12.880 millones de años luz de la Tierra). No es extraño, ya que el agua es la tercera molécula más abundante del Universo, después del hidrógeno y el monóxido de carbono. Se ha logrado gracias a las observaciones de ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array).
Nos cuenta Gastón que estas dos galaxias se observan cómo eran al final de la reionización (que ocurrió entre z = 15 y 6), un proceso de intensa formación de estrellas y galaxias. Así que resulta sorprendente haber podido observar agua en una galaxia con solo z ≈ 7. El artículo es Sreevani Jarugula, Joaquin D.Vieira, …, Kaja M. Rotermund, «Molecular Line Observations in Two Dusty Star-Forming Galaxies at z = 6.9,» The Astrophysical Journal 921: 97 (03 Nov 2021), doi: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac21db, arXiv:2108.11319 [astro-ph.GA] (25 Aug 2021); más información divulgativa en «Científicos de ALMA detectan indicios de agua en galaxia muy, muy lejana,» ALMA, 03 nov 2021.
Nos habla Gastón sobre la generación de chorros relativistas y la rotación del agujero negro M87* (el que fue observado por EHT). La comparación de las imágenes del chorro con las simulaciones magnetohidrodinámicas usando relatividad general (GRMHD) apunta a que su espín (momento angular) es muy alto, 0.5≲ a ≲ 1.0; la figura muestra una simulación para a ∼ 0.9375, que refleja muy bien las observaciones.
Nos cuenta Gastón que las simulaciones GRMHD que se han usado incluyendo muchos efectos que no aparecen en simulaciones anteriores; el resultado es un buen acuerdo con las observaciones, mejor conforme más alto es el momento angular. Los resultados son compatibles con la teoría de Blandford y Znajek (1977), doi: https://doi.org/10.1093/mnras/179.3.433.
Hay que destacar que el espectro observado (véase la figura) es compatible con las simulaciones para un momento angular mayor que 0.5 (si se tienen en cuenta los llamados efectos no térmicos). Así se necesitan observaciones más precisas para confirmar si las simulaciones representan de forma correcta la física observada. El artículo es Alejandro Cruz-Osorio, Christian M. Fromm, …, Luciano Rezzolla, «State-of-the-art energetic and morphological modelling of the launching site of the M87 jet,» Nature Astronomy (04 Nov 2021), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-021-01506-w, arXiv:2111.02517 [astro-ph.HE] (03 Nov 2021).
Y pasamos a Señales de los Oyentes. Preguntan en la sala «si el espaciotiempo se puede destruir…» Gastón contesta que a diferentes formas de «romper» el espaciotiempo; por ejemplo, el big rip, una divergencia del factor de escala del universo, o las singularidades relativistas, que en ciertas soluciones se dan en forma de desgarros. Yo comento que mientras no tengamos una teoría cuántica de la gravitación que explique la naturaleza cuántica del espaciotiempo no podremos modelar la rotura o destrucción del espaciotiempo.
Cristina Hernandez García pregunta: «¿Los gravitones podrían comunicar información entre universos burbuja postinflacionarios?» No, ni fotones ni gravitones pueden hacerlo ya que los universos burbuja producto de la inflación están causalmente desconectados. Alberto dice que entre mundos brana (3+1) se pueden transmitir gravitones (en las dimensiones extra del espacio); aclara Gastón que un gravitón no puede abandonar una brana y volver a ella. Se concluye «lo que pasa en la brana se queda en la brana».
Gargoloso pregunta: «¿La energía que se saca de la ergosfera por medio de los jets del agujero negro disminuye la masa de este último?» Gastón menciona que el mecanismo de Penrose permite extraer energía rotacional del agujero negro, es decir, reduce la energía a su momento angular, pero no permite extraer energía másica, con lo que no reduce su masa.
¡Qué disfrutes del podcast!