He participado en el episodio 345 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox, iTunes], titulado “Ep345: Galaxias sin Materia Oscura; Telescopio Espacial James Webb; Exoplaneta; Neutrinos; Agujeros Negros», 09 dic 2021. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: ¿Una galaxia sin materia oscura? (min 5:00); El nuevo telescopio espacial James Webb (52:00); Descubren una subtierra ultracaliente (1:24:00); IceCube y el fondo astrofísico de neutrinos (1:32:00); Varios descubrimientos de agujeros negros (1:47:00). 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 345.
Como muestra el vídeo, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife se encuentran su director, Héctor Socas Navarro @hsocasnavarro (@pcoffeebreak), y Nacho Trujillo (sin Twitter), y por videoconferencia Héctor Vives-Arias @DarkSapiens, Gastón Giribet @GastonGiribet, y Francis Villatoro @emulenews.
Tras la presentación, Héctor le da la palabra a Nacho para que nos hable de una nueva galaxia que podría no tener materia oscura (o más bien que tiene muy poca, menos del 10 % de su masa). Un estudio previo identificó seis galaxias ultradifusas ricas en gas que incumplen la relación de Tully–Fisher. La curva de rotación galáctica de ellas, AGC 114905 (del Catálogo General de Arecibo), observada con interferometría de radio (VLA) para el hidrógeno (HI), puede ser explicada usando su masa bariónica (gas y estrellas), sin necesidad de tener en cuenta su materia oscura; así sería un contraejemplo de la teoría MOND (dinámica newtoniana modificada).
Nacho destaca que el factor con mayor incertidumbre es la forma de esta galaxia, pues es muy relevante para determinar la orientación de la galaxia respecto al observador, el llamado ángulo inclinación; en el artículo se estima que si es una galaxia más o menos plana con un disco delgado sería de (33 ± 5)°. La inclinación ha sido estimada a partir de la distribución del gas y una hipótesis para la forma de la galaxia; si la galaxia fuera mucho más elíptica (Nacho comenta que tuviera la forma de un balón de rugby) el ángulo de inclinación podría ser mucho más pequeño. Para tener gran cantidad de materia oscura el ángulo de inclinación debería ser de (10.6 ± 0.3)°, y para que siguiera las predicciones de MOND de (11.4 ± 5)°. Pero las observaciones descartan dicha posibilidad con más de cuatro sigmas de significación estadística.
Nacho destaca la nota al pie número 4 en el artículo; los autores dicen que los halos de materia oscura tienen un factor de aspecto b/a < 0.8 y que si el disco de AGC 114905 tuviera un factor de aspecto intrínseco similar (b/a < 0.8) entonces la inclinación podría ser tan baja como 10°. Más adelante comentan que dicho caso sería compatible con la presencia de materia oscura y con las teorías MOND. Así que según Nacho hay que seguir estudiando esta galaxia (su grupo intentará observarla el año próximo) para confirmar que no tiene materia oscura, o bien encontrar los indicios de su existencia.
Por cierto, esta galaxia se encuentra a una distancia de 76 ± 5 Mpc; no hay dudas sobre dicha distancia, a diferencia de las famosas galaxias ultradifusas sin materia oscura de van Dokkum, que según van Dokkum están a unos 20 Mpc, mientras que Trujillo apunta a solo unos 14 Mpc. Además, nos comenta Nacho que esta galaxia está muy aislada, con lo que no se observan colas de marea o algún otro mecanismo que sea responsable de su ausencia de materia oscura.
Héctor y Héctor Vives comentan la hipótesis exótica de que esta galaxia podría estar siendo atravesada por un pequeño halo de materia oscura (una sobredensidad no asociada a una galaxia). No se ha observado ninguno, pero se concibe que pueden interaccionar con galaxias y robarles materia oscura. Si fuera así sería un gran descubrimiento. En resumen, hay muchas incógnitas asociadas a esta galaxia y se requieren futuras observaciones de mayor resolución para entender exactamente lo que estamos observando. El autor principal, Pavel E. Mancera Piña @Pavel_Mancera ha dicho en Twitter que han observado otra galaxia con propiedades similares (que se publicará en un futuro cercano). El artículo es Pavel E. Mancera Piña, Filippo Fraternali, …, Lukas Leisman, «No need for dark matter: resolved kinematics of the ultra-diffuse galaxy AGC 114905,» MNRAS (accepted), arXiv:2112.00017 [astro-ph.GA] (30 Nov 2021).
Más información sobre las otras galaxias del mismo tipo que fueron observadas con menor resolución en Pavel E. Mancera Piña et al., «Off the baryonic Tully-Fisher relation: a population of baryon-dominated ultra-diffuse galaxies,» ApJL 883: L33 (25 Sep 2019), doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab40c7, arXiv:1909.01363 [astro-ph.GA] (03 Sep 2019), y Pavel E. Mancera Piña et al., «Robust HI kinematics of gas-rich ultra-diffuse galaxies: hints of a weak-feedback formation scenario,» MNRAS 495: 3636-3655 (07 May 2020), doi: https://doi.org/10.1093/mnras/staa1256, arXiv:2004.14392 [astro-ph.GA] (29 Apr 2020). Recomiendo la pieza de Ethan Siegel, «Ask Ethan: Are galaxies without dark matter actually real?» Starts with a Bang, 10 Dec 2021.
Comentamos brevemente el inminente lanzamiento del JWST (James Webb Space Telescope), no antes del próximo 22 de diciembre. Todo un regalo de Navidad para Héctor Vives, que investiga en el procesado de datos de este telescopio infrarrojo. En el infrarrojo tendrá una resolución cien veces mayor que la del Telescopio Espacial Hubble, que ha transformado nuestra comprensión del cosmos durante los últimos 31 años (fue lanzado en 1993). Se estima que el JWST, concebido hace 32 años, ha costado más de once mil millones de dólares.
Nos comenta Héctor Vives (que investiga en el procesado de los datos del instrumento MIRI del JWST) que viviremos un mes de terror desde el lanzamiento hasta la llegada al punto de Lagrange L2. Pero además habrá muchos otros momentos así. Tras el lanzamiento, en las primeras dos semanas, se realiza su despliegue y luego durante seis meses se realiza la puesta a punto*, incluyendo la calibración de los espejos con la óptica; si todo va bien, en junio de 2022 estará listo para contribuir a la ciencia. Recomiendo leer a Alexandra Witze, «The $11-billion Webb telescope aims to probe the early Universe,» Nature 600: 208-212 (08 Dec 2021), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-021-03620-1.
* He corregido una errata en mi texto original, gracias a Hector Vives.
Por cierto, desde el 7 de diciembre el Hubble está funcionando a pleno rendimiento con todos sus instrumentos (que han sido verificados uno a uno desde octubre); comenta Héctor que se perdían mensajes de sincronización y que no sabemos si han resuelto el problema (para que no vuelva a surgir). «NASA Returns Hubble to Full Science Operations,» Hubble, NASA, 07 Dec 2021.
Nos cuenta Gastón que se ha observado una subtierra que rota a gran velocidad (cada 7.7 horas) alrededor de su estrella (una enana roja tipo M) usando el telescopio espacial TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) de la NASA y se ha confirmado por el método de la velocidad radial. El planeta subterrestre GJ 367 b tiene un 0.546 ± 0.078 de la masa de la Tierra y un 0.718 ± 0.054 del radio de la Tierra, es decir, es ligeramente mayor a Marte; además, se encuentra a poco menos de 31 años luz de la Tierra. Su densidad de 8.106 ± 2.165 g/cm³, cercana a la del hierro, lo que apunta a un núcleo de hierro y níquel; su núcleo tipo NiFe se estima que ocupa el (86 ± 5) % de su radio interior (una proporción semejante a la del interior de Mercurio).
La temperatura superficial de GJ 367b en su cara diurna se estima en 1745 ± 43 K (suficiente para evaporar cualquier atmósfera primordial que tuviera el planeta cuando se formó). Su estrella, GJ 367, tiene una temperatura efectiva de 3519 ± 70 K, una masa de 0.454 ± 0.011 masas solares, un radio de 0.457 ± 0.013 radios solares y una luminosidad de 0.0288 ± 00029 luminosidades solares. El artículo es Kristine W. F. Lam, Szilárd Csizmadia, …, Michael Vezie, «GJ 367b: A dense ultra-short period sub-Earth planet transiting a nearby red dwarf star,» Science 374: 1271-1275 (02 Dec 2021), https://doi.org/10.1126/science.aay3253, arXiv:2112.01309 [astro-ph.EP] (02 Dec 2021); más información en «Descubren una subtierra ultraligera que gira a gran velocidad alrededor de una enana roja», IAC, 02 dic 2021; Phil Plait, «A superhot superdense superfast mini-Earth… and it’s practically next door,» SyFy, 03 Dec 2021.
Nos también Gastón que ha estudiado la correlación entre los neutrinos de alta energía observados por IceCube y los núcleos galácticos activos (AGN), que son su fuente más probable. En 2018, IceCube observó que el blazar TXS 0506+056 era la fuente probable de un neutrino de ultraalta energía; también la galaxia Starburst NGC 1068 se considera fuente de neutrinos. Se publica en Physical Review Letters un estudio sobre la posibilidad de que los núcleos galácticos activos (los agujeros negros supermasivos activos en los centros de galaxias) podría ser la fuente de los neutrinos ultraenergéticos (UHE). Se estima a partir de los datos de ocho años de observación de IceCube que la significación estadística de dicha hipótesis es de 2.6 sigmas: se asocia un exceso de 105 ± 44 neutrinos por encima del fondo asociado a los 32 249 AGN estudiados. Entre el 27 % y el 100 % de los neutrinos observados con una energía superior a 100 TeV fueron acelerados en un AGN.
Comenta Héctor Vives que los AGN están distribuidos aleatoriamente y que los neutrinos también lo están, así que se correlacionan entre sí dos distribuciones aleatorias. Por ello solo se ha logrado una significación estadística de solo 2.6 sigmas. El futuro detector IceCube-Gen2 será capaz de superar las tres sigmas y quizás alcanzar las deseadas cinco sigmas. El artículo es The IceCube Collaboration, «A search for neutrino emission from cores of Active Galactic Nuclei,» arXiv:2111.10169 [astro-ph.HE] (19 Nov 2021); más información divulgativa en Madeleine O’Keefe, «IceCube explores active galactic nuclei as sources of the astrophysical neutrino flux,» IceCube, 30 Nov 2021.
Gastón nos comenta tres noticias sobre agujeros negros. La primera es que se han observado dos agujeros negros supermasivos a una distancia muy cercana entre sí en el núcleo de la galaxia NGC 7727 (constelación de Acuario), a 89 millones de años luz de distancia de la Tierra (lo que supera el récord de distancia anterior que era de 470 millones de años luz). El instrumento MUSE del Very Large Telescope (VLT) del Observatorio Europeo Austral (ESO) ha observado dos galaxias que se fusionan, cuyos agujeros negros terminarán colisionando. El par de NGC 7727 bate el récord de la separación más pequeña entre dos agujeros negros supermasivos, tan solo 1600 años luz de distancia en el cielo; se estima que se fusionarán dentro de unos 250 millones de años (aunque hay mucha incertidumbre en este valor y podrían ser hasta mil millones de años).
El agujero negro más masivo tiene una masa de casi 154 millones de masas solares y el otro unos 6.3 millones de masas solares. Estos números recuerdan a la futura fusión de los agujeros negros supermasivos de Andrómeda (entre 100 y 200 millones de masas solares) y la Vía Láctea (4 millones de masas solares). El futuro detector espacial de ondas gravitacionales LISA observará múltiples fusiones de agujeros negros supermasivos. El artículo es Karina. T. Voggel, Anil C. Seth, …, Iskren Georgiev, «First direct dynamical detection of a dual supermassive black hole system at sub-kiloparsec separation,» Astronomy & Astrophysics (31 Oct 2021), doi: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202140827, arXiv:2111.14854 [astro-ph.GA] (29 Nov 2021). Más información divulgativa en Phil Plait, «Closest monster supermassive black hole pair to Earth found in a nearby galaxy,» SyFy, 30 Nov 2021.
La noticia de Gastón es que se ha observado un agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia enana Leo I, satélite de la Vïa Láctea, con una masa de unos 3,3 ± 2 millones de masas solares (aunque la incertidumbre es muy grande, se trata de una masa enorme para un galaxia enana). Esta galaxia enana tiene unos 20 millones de masas solares y un diámetro de solos pocos miles de años luz de ancho (la Vía Láctea tiene una masa de 700 mil millones de masas solares y un diámetro de unos 120 mil años luz). En estas galaxias se esperan agujeros negros de masa intermedia (entre diez y cien mil masas solares), por ello un agujero negro supermasivo con tres millones de masas solares es algo muy excepcional.
El gran misterio es cómo se formó esta galaxia enana con un agujero negro supermasivo en su centro. Quizás en una fusión de dos galaxias una perdió grandes cantidades de gas y de estrellas acabando como una galaxia enana. Futuros estudios tendrán que recabar información para desvelar el misterio. El artículo es M. J. Bustamante-Rosell, Eva Noyola, …, Greg Zeimann, «Dynamical Analysis of the Dark Matter and Central Black Hole Mass in the Dwarf Spheroidal Leo I,» The Astrophysical Journal 921: 107 (05 Nov 2021), doi: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac0c79, arXiv:2111.04770 [astro-ph.GA] (08 Nov 2021); más información divulgativa en Phil Plait, «A satellite galaxy to the Milky Way has a way too big black ho9le at its heart,» SyFy, 06 Dec 2021.
Y la tercera noticia de Gastón es el descubrimiento de un nuevo agujero negro de masa intermedia (unas 90 mil masas solares) detectado en un cúmulo globular de Andrómeda llamado B023-G078. del HST para generar modelos de la masa del agujero negro. Algunos de los autores de este artículo también autores del artículo de la primera noticia de Gastón porque se usa un método llamado modelado anisotrópico de Jeans (JAM) en ambos casos. Este método se usa para descartar la posibilidad de que la masa central sea debido a una agrupación muy densa de muchos agujeros negros de masa estelar.
Siendo muy excepcional que un cúmulo globular tenga en su centro un gran agujero negro se propone como hipótesis para su formación que sea el remanente de una pequeña galaxia que se fusionó con Andrómeda (sería lo que se llama un cúmulo estelar nuclear (NSC), es decir, los restos del núcleo de una galaxia). En dicho caso, como el cúmulo tiene una masa del orden de un millón de masas solares, se estima que la galaxia original tendría una masa del orden de mil millones de masas solares (mil veces menos masa que la Vía Láctea). El artículo es Renuka Pechetti, Anil Seth, …, Karina Voggel, «Detection of a ∼100,000 M⊙ black hole in M31’s most massive globular cluster: A tidally stripped nucleus,» arXiv:2111.08720 [astro-ph.GA] (16 Nov 2021); más información divulgativa en Gloria Fonseca Alvarez, «A Black Hole Snow Globe? An Intermediate Mass Black Hole at the Center of a Globular Cluster,» Astrobites, 04 Dec 2021.
En este programa tampoco hay Señales de los Oyentes, pues la sala del museo tiene una actividad justo después de la grabación del podcast y hemos acabado muy tarde. Así que, ¡qué disfrutes del podcast!
Hola Francis, una duda que me vino a raiz de un comentario tuyo, no en este podcast concreto, en uno pasado de coffe break, donde a raiz de la pregunta de un oyente sobre la visión «Machiana» del universo, la visión relacional, comentaste, con buen criterio, que hoy por hoy, siendo ya las evidencias claras de que el espacio tiempo tiene una energía en el vacío, las ondas gravitacionales, etc, pues ya queda claro que este es un ente en sí mismo y los intentos de definirlo en relación a los objetos que lo albergan ha quedado ya en desuso.
Y mi duda es la siguiente. ¿No podría usarse todo el trabajo que se ha realizado en física a este respecto, los esfuerzos con la pregeometría (https://en.wikipedia.org/wiki/Pregeometry_(physics)) , la física que se curraron los rusos a raiz de los trabajos de Feyman y Wheeler con la teoría del absorvedor (fisíca unaria de Kulakov, geometrofisica binaria de Vladirimov…etc) y todas las neuronas gastadas con el determinante de Cayley-Menge y árboles caídos en pos de una física relacional y macroscópica,…no podría usarse algo de esto para solvertar el «Background problem» en teoría de cuerdas?
Es decir, si realmente como se lee en la divulgación, de la teoría de cuerdas emerge nuestro espacio tiempo, pero a la vez están alojadas, se mueven, en una métrica, lo que lleva a realmente a no solucionar mucho, al menos filosóficamente hablando, ¿no se ha intentado desalojar las cuerdas de sitio alguno explicándolas mediante algún entramado relacional aprovechando la experiencia en este sentido?
Como siempre, muchas gracias por tu trabajo de divulgación, Francis.
Pedro, «¿no podría usarse todo el trabajo (…) en teoría de cuerdas?» Todo el conocimiento científico en matemáticas y en ciencias formales es acumulativo, siendo eternamente útil; otra cosa muy diferente es su utilidad en el contexto de la física teórica, pues muchas herramientas no sirven para nada, mientras que parecía que no servirían para nada acaban siendo muy útiles. A priori es imposible saber si la infinidad de propuestas sobre preogeometría acabará siendo útil o no en teoría de cuerdas.
Por otro lado, aunque «se lea en la divulgación», todavía no se sabe cómo emerge el espaciotiempo en teoría de cuerdas. Que los gravitones sean excitaciones de las cuerdas no significa que los gravitones expliquen la emergencia del espaciotiempo (una idea precuerdista), o que las cuerdas expliquen su emergencia (una idea popular hace 30 años). Por desgracia, estamos muy lejos de resolver este problema en teoría de cuerdas. Las «teorías relacionales» que mencionan están de moda en el contexto de la aplicación de la teoría de la información cuántica a la dualidad AdS/CFT, un tema en el que trabajan hoy en día muchos cuerditas; sin embargo, se ignora el recorrido que tendrán estas ideas hoy en día tan de moda.