Podcast CB SyR 343: misión DART, polen triásico, microorganismos antáticos, fisión de torio y rayos cósmicos

Por Francisco R. Villatoro, el 26 noviembre, 2021. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 7

He participado en el episodio 343 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep343: Misión DART; Polen Triásico; Biología Antártida; Fisión de Torio; Rayos Cósmicos», 25 nov 2021. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Retraso del Telescopio Espacial James Webb (min 5:00); Despega la misión DART (20:00); Los microorganismos que viven en la Antártida (36:00); El polen en el yacimiento de El Atance (1:04:00); China construye una nueva central nuclear experimental basada en torio (1:22:00); Rayos cósmicos en el centro galáctico (1:45:00); Señales de los oyentes (2:08:30). 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 343.

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, y Francis Villatoro @emulenews.

Tras la presentación, en breves, Héctor comenta que se ha vuelto a retrasar el lanzamiento del Telescopio James Webb del 18 de diciembre a no antes del 22 de diciembre; en mi opinión se retrasará hasta principios del año 2022. La buena noticia es el éxito del lanzamiento de la misión DART (Double Asteroid Redirect Test) de defensa planetaria de la NASA. DART chocará de frente con Dimorfo, la luna del asteroide Dídymo, en octubre de 2022 para estudiar si la técnica de impacto cinético puede desviar asteroides peligrosos. DART  es una sonda de 676 kg (500 kg en seco) con unas dimensiones de 1.8 × 1.9 × 2.6 metros y una envergadura de 19 metros una vez desplegados los paneles solares; Dimorfo tiene un diámetro de 163 metros y Dídymo 780 metros.. Solo lleva un instrumento principal, la cámara DRACO (Didymos Reconnaissance and Asteroid Camera for OpNav), que servirá para fotografiar al asteroide doble Didymos–Dimorphos y para guiar la nave con el sistema SMART Nav (Small-body Maneuvering Autonomous Real-Time Navigation). La sonda incorpora un motor iónico NEXT-C (NASA Evolutionary Xenon Thruster–Commercial), la primera vez que se usa este motor avanzado.

El impacto será filmado por el pequeño satélite italiano LICIACube (Light Italian Cubesat for Imaging of Asteroids) de la Agencia Espacial Italiana (ASI). LICIACube usará dos cámaras: LEIA (Liciacube Explorer Imaging for Asteroid) y LUKE (Liciacube Unit Key Explorer). Obtendrá al menos tres imágenes del material eyectado por el impacto de DART y otras tres del hemisferio opuesto al choque, sobrevolando Didymos unos tres minutos después del impacto de DART. Te recomiendo leer la excelente pieza de Daniel Marín, «Lanzamiento de la sonda DART: nace la era de la defensa planetaria», Eureka, 24 nov 2021; Rafael Clemente, «Misión DART de la NASA: así es el primer intento de alterar la órbita de un asteroide», Materia, El País, 24 nov 2021.

Nos cuenta Alberto que los suelos de la Antártida están llenos de bacterias que viven del aire y producen su propia agua usando hidrógeno como combustible. Se han estudiado 451 tipos diferentes de bacterias y arqueas aisladas en los suelos congelados al norte del glaciar Mackay en la Antártida oriental. Más de una cuarta parte de estas bacterias sintetizan una enzima llamada RuBisCO, que es lo que permite a las plantas utilizar la luz solar para capturar el dióxido de carbono del aire y convertirlo en biomasa; pero más del 99 % de las bacterias que contienen RuBisCO no pueden realizar la fotosíntesis, pero realizan la llamada quimiosíntesis. Usan compuestos inorgánicos que encuentran en el aire, como los gases hidrógeno, metano y monóxido de carbono, para la conversión de dióxido de carbono en biomasa.

El aire contiene altos niveles de nitrógeno, oxígeno y dióxido de carbono, pero también trazas de las fuentes de energía hidrógeno, metano y monóxido de carbono. Sus concentraciones muy bajas, pero hay tanto aire que su suministro es ilimitado. Se estima que un 1 % de las bacterias del suelo antártico pueden usar metano y un 30 % pueden usar monóxido de carbono; además, el 90 % pueden consumir hidrógeno del aire. En los experimentos se observó consumo de hidrógeno incluso a −20 °C. Además, las bacterias antárticas producen agua a partir del hidrógeno, que oxidan gracias a enzimas del grupo de las [NiFe]-hidrogenasas y el oxígeno del aire; se estima un ritmo de rehidratación de una célula antártica completa en solo dos semanas.

Como nos cuenta Alberto estos microorganismos extraen su energía del aire, aunque también la extraen a partir del suelo, es decir, son mixótropos. En este figura se ilustra la [NiFe]-hidrogenasa codificada en Hymenobacter roseosalivarius necesaria para la oxidación del hidrógeno molecular del aire, que en presencia de oxígeno permite producir agua. La «economía del hidrógeno» de las bacterias permite que sobrevivan en un ambiente tan extremo como la Antártida. El hidrógeno es el elemento más abundante del universo; la búsqueda de vida extraterrestre también se podría emprender en exoplanetas sin agua, que tengan abundante hidrógeno y oxígeno. El artículo es Maximiliano Ortiz, Pok Man Leung, …, Chris Greening, «Multiple energy sources and metabolic strategies sustain microbial diversity in Antarctic desert soils,» PNAS 118: e2025322118 (09 Nov 2021), doi: https://doi.org/10.1073/pnas.2025322118; más información divulgativa en Pok Man Leung, Chris Greening, Steven Chown, «Antarctic bacteria live on air and make their own water using hydrogen as fuel,» The Conversation, 15 Nov 2021.

Nos habla Sara de un reciente artículo sobre las implicaciones palinológicas y sedimentológicas del yacimiento sauropterigio del Triásico Superior de El Atance (Península Ibérica Central). Gracias al polen y las esporas se ha podido obtener la cronoestratigrafía (datación de los estratos) del yacimiento de El Atance y con ella de sus fósiles de sautopterigios (reptiles marinos mesozoicos con extremidades en forma de paleta y un largo cuello alargado, como los plesiosaurios y los pliosaurios).

Como nos cuenta Sara los dinosaurios del triásico son muy «raros», con respecto a la imagen que se suele tener de los dinosaurios. Gracias a los datos del polen se ha podido reconstruir el entorno: zonas de costeras y lacustres, zonas montañosas y zonas intermedias entre ambas (como se muestra en esta figura).

El artículo es Manuel García-Ávila, Raúl De la Horra, …, José B. Diez, «Palynological and sedimentological implications of the sauropterygian Upper Triassic site of El Atance (Central Iberian Peninsula),» Review of Palaeobotany and Palynology 295: 104541 (12 Oct 2021), doi: https://doi.org/10.1016/j.revpalbo.2021.104541.

Muchos medios se han hecho eco de que China ha puesto a prueba un reactor nuclear de torio experimental en Wuwei, en los aledaños del desierto de Gobi. El torio es más abundante que el uranio, pero no tiene mucho uso industrial. Además, es un producto residual de la minería de tierras raras, por ello es una alternativa atractiva al uranio de importación para China. El torio 232 no puede fisionarse, pero irradiado en un reactor absorbe neutrones y forma uranio 233, material fisible que genera calor. No se usa un reactor nuclear de agua a presión, sino un reactor nuclear de sales fundidas (MSR), uno de los 6 diseños de reactores de IV Generación que se investigan en el mundo. El material fisible se disuelve en sal líquida en el núcleo del reactor (el reactor chino usará un fluoruro), que actúa como refrigerante y para el intercambio de calor con agua, que produce vapor y mueve una turbina para generar electricidad.

Los reactores de torio se consideran una tecnología más segura y más barata, que produce menos desechos radiactivos de vida muy larga. Su mayor seguridad intrínseca es debido a que se reduce el riesgo fusiones explosivas del núcleo del reactor ya que el combustible está disuelto en líquido lo que permite usar presiones muy inferiores a los reactores nucleares de agua a presión. Además, tienen ventajas como la recarga de combustible en funcionamiento, la posibilidad de construirlos bajo tierra, su consumo de agua es tan bajo que se pueden instalar en zonas áridas y evitan el riesgo de proliferación de armamento nuclear.

El reactor TMSR-LF1 en Wuwei (Gansu) producirá solo 2 megawatios de energía térmica (el consumo de unos mil hogares); su coste ha sido 3300 millones de dólares. En 2025 está previsto un reactor de 10 megawatios (TMSR-LF2) y una central nuclear de demostración de 100 megawatio (TMSR-LF3) para 2035, seguida de otra planta de demostración de 1 gigawatio. TMSR-LF1 usa como combustible unos 50 kg de torio enriquecidos con un 20 % de U-235; como refrigerante se usa el FliBe, sal fundida que mezcla fluoruro de litio (LiF) y fluoruro de berilio (BeF₂); el FLiBe se mezcla con 99.95 % de Li-7 y combustible UF4 (tetrafluoruro de uranio). Recomiendo este hilo de Alfredo García @OperadorNuclear, «el reactor de torio de China» [Twitter], para más detalles. A nivel divulgativo recomiendo Smriti Mallapaty, «China prepares to test thorium-fuelled nuclear reactor,» News, Nature  597: 311-312 (2021), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-02459-w, traducido al español en «China se dispone a ensayar un reactor nuclear basado en torio», Investigación y Ciencia, 15 sep 2021.

Me toca hablar de la barrera en el mar de rayos cósmicos que parece encontrarse en el centro galáctico. En el centro de la Vía Láctea hay un agujero negro supermasivo llamado Sagitario A* con unas 4 millones de veces la masa del Sol y una gran densidad de objetos compactos. Esta región se llama Zona Molecular Central (CMZ) porque contiene nubes gigantes de gas molecular con una masa estimada de unos 60 millones de masas solares (entre las longitudes galácticas 1.7° y −0.7°, y latitudes −0.2° and +0.2°). La CMZ produce un gran fluyo de rayos cósmicos con energías en el ultravioleta, rayos X y rayos gamma con una densidad ~10 veces la medida en la Tierra y con un gradiente en densidad ∝  r−α, con α  ~ 1−1.2; su origen podría ser la actividad pasada de Sgr A* que aceleró los rayos cósmicos hasta energías en la escala PeV. Se publica en Nature Communications la observación de rayos cósmicos en el centro galáctico usando el teslecopio espacial Fermi de rayos gamma en las escalas GeV y TeV en la Zona Molecular Central; su espectro y gradiente espacial es coherente con los resultados de los telescopios Cherenkov (HESS, MAGIC) para rayos cósmicos en las escalas TeV y PeV.

Se ha observado que la densidad de los rayos cósmicos observada por Fermi en la escala de GeV a TeV en el CMZ (en rojo en la figura de la izquierda) es más baja que lo esperado para el mar de rayos cósmicos en la escala de TeV a PeV (círculos de color azul y verde en la figura). Para explicar la diferencia se propone la existencia de una barrera que reduce los rayos cósmicos con energía entre GeV y TeV que atraviesan el CMZ.  Se interpreta que los rayos cómicos se desaceleran al pasar a través del CMZ y luego se aceleran antes de emerger; fuera del CMZ los rayos cósmicos no sufren ningún efecto. Por desgracia, no se ha observado dicha barrera y tampoco se sabe qué podría ser; se sospecha que podría ser debido al el agujero negro Sagitario A*, a restos de supernovas alimentados por la energía de rotación de púlsares (los llamados pleriones o nebulosas de viento de púlsar, o Pulsar Wind Nebula en inglés) o incluso a otros restos de supernovas.

Un nuevo misterio asociado al centro galáctico que requiere de una solución. El artículo es Xiaoyuan Huang, Qiang Yuan, Yi-Zhong Fan, «A GeV-TeV particle component and the barrier of cosmic-ray sea in the Central Molecular Zone,» Nature Communications 12: 6169 (09 Nov 2021), doi: https://doi.org/10.1038/s41467-021-26436-z, arXiv:2012.05524 [astro-ph.HE] (10 Dec 2020). Me enteré de dicho artículo gracias a la pieza de José Manuel Nieves, «Una ‘barrera invisible’ protege el centro de la galaxia de la agresión de los rayos cósmicos», Ciencia, ABC, 22 nov 2021.

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Daniel Caballero pregunta «¿cómo podemos hablar de estrellas de quarks, si los quarks se agrupan para formar protones y neutrones, nunca están solos en el universo?» Contesto que en las hipotéticas estrellas de quarks los quarks están libres, en un plasma quark-gluón, a muy alta temperatura (por encima de un billón de kelvin); algunos físicos creen que las estrellas de neutrones de mayor masa podrían tener un núcleo similar a una estrella de quarks. No conocemos los detalles físicos del proceso de hadronización, que conduce al confinamiento de los quarks en hadrones (bariones como protones y neutrones, y mesones como piones y kaones); pero conocemos su escala de tiempo 1/ΛQCD ∼ 10−24 s, y su escala de energía ΛQCD ~ 300 MeV, por lo que en procesos con energía mucho más grande se puede evitar la hadronización (así se lograría en el interior de estrellas de quarks, aunque en su superficie habrá hadrones).

Cristina Hernandez García pregunta: «¿entonces «primitivos» reactores de fusión podrían servir para convertir torio en uranio por bombardeo de neutrones aunque los reactores fueran ineficientes energéticamente?» No entiendo bien la pregunta, pero supongo que se refiere a usar reactores de fusión para producir neutrones que se usen en reactores de fisión de torio en lugar de usar un combustible líquido con uranio disuelto. Los neutrones de los reactores de fusión tiene una energía de unos 14 MeV, mientras que los neutrones producidos por el uranio tienen una energía de unos 5 MeV, con lo que para la aplicación propuesta habría que moderar los neutrones (reducir su energía); no parece nada práctica dicha propuesta.

Javi Otero pregunta: «Un vídeo de Veritasium afirma que si tienes un batería y una luz a una distancia de 1 metro conectados por un cable de longitud c*s el tiempo que se tarda en encender la luz es 1 m/c en vez de 1 s». El vídeo está arriba. La idea es interpretar el circuito como dos antenas de un segundo luz de longitud separada por un metro, una con una batería en el centro y la otra con una bombilla en su centro; la idea es que al encender el interruptor junto a la batería se produce una onda electromagnética que atraviesa el metro de aire que separa ambos elementos de circuito y cuando llega a la bombilla la enciende; todo ello sin necesidad de que una onda de electrones recorra el segundo luz de cable que separa cada extremo de la batería hasta llegar a la bombilla. Yo tengo serias dudas sobre el vídeo. Además, hacer el experimento en laboratorio es muy fácil, basta usar metros de cable y un osciloscopio para medir la señal en la posición de la bombilla. ¿Por qué Derek Muller no lo hace? Sospecho que no le funcionaría.

Este tipo de interpretaciones electromagnéticas de circuitos ideales son muy peligrosas; por un lado asumes que todo ocurre a muy baja frecuencia (hipótesis electrostática para los elementos ideales del circuito) y por otro lado asumes que aparecen fenómenos a alta frecuencia (que el transitorio al pulsar el interruptor genera una onda electromagnética que se propaga a través del aire una distancia de un metro). En la práctica el transitorio generará una onda de baja frecuencia que se propagará una distancia muy pequeña respecto al diámetro del cable con lo que no producirá energía medible que llegue a la bombilla. Creo que Muller vuelve a presentarnos un vídeo que se hace viral pero que no aclara nada y solo genera confusión. No me gusta este tipo de divulgación científica, pero lo cierto es que funciona (el vídeo tiene más de cinco millones de vistas).

¡Qué disfrutes del podcast!



7 Comentarios

  1. Sobre La defensa planetaria.

    Hola , lo bueno sería poner sensores o telescopios en órbita, o pegados, de los asteroides y por qué no explosivos, para cuando se quiera y donde se quiera explotarlos.
    Por su puesto para la defensa planetaria y para la observación.

    Un saludó, me a gustado mucho este capítulo.

    1. Mariana, ¿qué quieres decir con «energéticamente viable»? El problema es la viabilidad económica: que yo sepa no existe ningún mineral en los asteroides tan caro de obtener en la Tierra para el que sea económicamente viable ir allí, extraerlo y traerlo para acá. Hasta donde me consta, tampoco existirá durante todo el siglo XXI.

  2. necesito saber la respuesta a un ejemplo tonto que me ronda la cabeza… si pudiésemos compactar la Tierra al tamaño de la Luna, con la misma masa se entiende, y estoy de pie en esa nueva superficie, sentiría 9,807 m/s2 de gravedad?….y si ahora la compacto al tamaño de un balón de baloncesto, seguiría sintiendo 9,807 m/s2?…y mi duda, y si ahora la compacto al tamaño de una canica, me espaguetizaría?…

  3. Sobre Veritasium… hace unos años hizo un vídeo con un experimento sobre la conservación del momento donde disparaba balines contra bloques de madera y veía qué tan alto llegaban. Dado que los resultados que él mostraba en el vídeo eran sospechosamente buenos (y que en la filmación hubo testigos), en un vídeo posterior terminó admitiendo que lo que mostró fue solo una «selección» para marcar el punto, los resultados que se desviaban «de lo correcto» fueron descartados. Nada de estadística, solo los resultados buenos, que total a quién le importa eso del método científico.

    En fin, hace rato que dejé de confiar en ese canal. Una pena, con el nivel de popularidad que ha alcanzado podría ser muy útil para todos, no solo para él.

Deja un comentario