Podcast CB SyR 357: ISS; ITER; Exoluna; Energía Oscura Temprana; Agujero Negro

Por Francisco R. Villatoro, el 4 marzo, 2022. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Energía oscura • Física • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 1

He participado en el episodio 357 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep357: ISS; ITER; Exoluna; Energía Oscura Temprana; Agujero Negro», 03 mar 2022. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: La guerra y los proyectos espaciales (min 17:00); Parón en las obras del ITER (29:00); Candidato a exoluna (40:00); Energía oscura temprana (1:07:00); Cúmulos de galaxias (1:40:00); Agujero negro desalineado (1:50:00); Señales de los oyentes (2:13:30). 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 357.

Como muestra el vídeo, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife se encuentran su director, Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro (@pCoffeeBreak), junto a José Alberto Rubiño, @JARubinoM, y por videoconferencia Francis Villatoro @emulenews

Tras la presentación, en breves, Héctor me pide que comente mi pieza «Disculpas públicas a Carlos López Otín», LCMF, 27 feb 2022. Comento más o menos lo mismo que aparece en dicha pieza. Y destaco que me gustaría que el propio López Otín aclarara en el futuro los detalles de su caso (incluidos los que me contó de forma confidencial), muchos de los cuales involucran a personas; yo no puedo revelar dicha información de carácter confidencial por razones obvias.

Comenta Héctor el efecto de la invasión militar de Rusia a Ucrania entre los astronautas de la ISS (Estación Espacial Internacional). «La guerra en Ucrania puede afectar profundamente al programa espacial de EE UU, Rusia y también al europeo», como nos contó Nuño Domínguez, «“Si EE UU bloquea la cooperación con nosotros, ¿quién salvará a la ISS de una caída sobre Europa?”», El País, 25 Feb 2022. En la ISS conviven cuatro astronautas estadounidenses, dos rusos y un alemán; EE UU y Rusia llevan casi 25 años cooperando, con participación de la Agencia Espacial Europea, Canadá y Japón. Recomiendo leer al genial Daniel Marín, «La invasión de Ucrania y su repercusión en el panorama espacial», Eureka, 03 mar 2022. Por supuesto, SpaceX se ofrece a reemplazar a la Roscosmos en la gestión de la ISS, como nos cuenta Chelsea Gohd, «SpaceX hints at replacing Russian space station services,» Space.com, 01 mar 2022.

Y también comentamos algunos pequeños problemas en la construcción del ITER. El 25 de enero, la Autoridad de Seguridad Nuclear (ASN) de Francia ordenó una parada temporal de la construcción solicitando una nueva inspección sobre su seguridad; se espera que ITER responda a sus exigencias en abril para que se reanude la construcción del reactor en julio. cumple con los requisitos de seguridad. Hay tres problemas: las cargas sobre la estructura de hormigón armado que sostiene el tokamak (losa B2, o B2 slab) pues ha habido algunos cambios de diseño durante la construcción; la protección radiológica del personal mediante los gruesos muros de hormigón del edificio que rodea al reactor debido a los neutrones de alta energía producidos en la fusión; y la soldadura de las dos primeras secciones del tokamak, pues hay ligeras deformaciones en las superficies que deben soldarse (mediante soldadores robóticos y humanos).

Según la dirección de ITER no habrá ningún problema en superar este escollo, aunque suponga un retraso en la fecha de finalización de la construcción. Más información en Daniel Clery, «French nuclear regulator halts assembly of huge fusion reactor. ITER must satisfy safety concerns before welding reactor vessel,» News, Science, 24 Feb 2022.

Se ha publicado en Nature Astronomy un nuevo candidato a exoluna Kepler-1708 b-i (la primera de Kepler-1708 b). Héctor nos cuenta la historia del primer candidato a exoluna (una del tamaño del planeta Neptuno), al hilo de la entrevista que le hizo al autor principal del artículo, David Kipping (@David_Kipping), en el episodio 227 (LCMF, 09 ago 2019); se trata de una observación polémica, pero, aún así, la nueva exoluna sería el segundo candidato. Kipping y sus colegas han buscado exolunas en 70 exoplanetas gigantes «fríos» (planetas muy alejados de su estrella que cumplen tres requisitos sobre su periodo, temperatura y ) de los datos del telescopio espacial Kepler. Tres exoplanetas superaron los criterios primarios de selección KIC-8681125, KIC-7906827 and KIC-5351250 (aka Kepler-150); se decidió aplicar un criterio secundario para seleccionar el más prometedor y quedó como mejor candidato KIC-7906827 (aka Kepler-1708).

El exojúpiter Kepler-1708 b se encuentra 1.6 UA (unidades astronómicas) de una estrella similar al Sol; se ha observado la señal de la exoluna (codo en la curva roja en la figura de arriba) con 4.8 sigmas. La exoluna Kepler-1708 b-i tiene ~2.6 radios terrestres y se encuentra en una órbita a ~12 radios planetarios de su exoplaneta. Las 4.8 sigmas han sido obtenidas con un método bayesiano comparando dos modelos, luego son poco confiables. El artículo estima la tasa de falsos positivos para esta exoluma como ~1 % (algo así como 3 sigmas) que parece una confianza estadística más razonable.

Aún así, lo más relevante es que estas probabilidades dependen de la probabilidad de que un planeta del tamaño de Júpiter tenga lunas con un tamaño entre el de la Tierra y el de Neptuno; si esto es muy probable, casi seguro se habrá descubierto una nueva exoluna; si esto es muy improbable, debe haber otra explicación para el tránsito observado. El artículo es David Kipping, Steve Bryson, …, Alex Teachey, «An exomoon survey of 70 cool giant exoplanets and the new candidate Kepler-1708 b-i,» Nature Astronomy (13 Jan 2022), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-021-01539-1, arXiv:2201.04643 [astro-ph.EP] (12 Jan 2022).

¿Primeros indicios de energía oscura temprana gracias a ACT? Nos cuenta José Alberto que una energía oscura temprana es la asociada a un campo escalar o similar muy temprano, que debe desaparecer antes de la recombinación, cuando se forma el fondo cósmico de microondas (en el que no se observa la energía oscura). La energía oscura temprana sería relevante para z = 3357 ± 200, pero debería ser irrelevante para z = 1100. Recuérdese que la energía oscura que acelera la expansión cósmica se observa para z < 2.  Así la energía oscura temprana es un nuevo tipo de energía oscura, lo que complica el modelo cosmológico de consenso.

En el nuevo trabajo se usan observaciones de ACT (Atacama Cosmology Telescope) de los multipolos de rango medio en la polarización del fondo cósmico de microondas; en esta región solapan sus medidas con Planck, pero se observan ciertas discrepancias entre ambos. Los resultados de ACT apuntan a energía oscura temprana a unas 3 sigmas, pero fue descartada por los análisis realizados por la Colaboración Planck; más aún, cuando se combinan los datos de ACT y Planck se reduce la señal a unas 2 sigmas, con lo que desaparecen todos los indicios de energía oscura temprana.

Los modelos de energía oscura (EDE) temprana alteran la evolución del parámetro de Hubble, con lo que permiten resolver la discrepancia entre las medidas de la constante de Hubble actuales y tempranas (la EDE prefiere la medida local, la de Riess et al.). Pero además, modifica la formación de las grandes estructuras del universo; los resultados de BOSS y DES están en contra de la existencia de EDE. Otra consecuencia es la modificación del parámetro de escala del espectro de las fluctuaciones escalares, resultando ns ≳ 1, cuando los datos cosmológicos apuntan a lo contrario 1 ≳ ns, que además es una predicción de la inflación cósmica (asociada a que la inflación duró cierto tiempo).

Sin lugar a dudas habrá que seguir al tanto de nuevas obserLos artículos son Tristan L. Smith, Matteo Lucca, …, Riccardo Murgia, «Hints of Early Dark Energy in Planck, SPT, and ACT data: new physics or systematics?» arXiv:2202.09379 [astro-ph.CO] (18 Feb 2022); Jun-Qian Jiang, Yun-Song Piao, «Towards early dark energy and ns=1 with Planck, ACT and SPT,» arXiv:2202.13379 [astro-ph.CO] (27 Feb 2022).

Nos cuenta José Alberto el trabajo de su grupo durante ocho años para la caracterización de la masa de los cúmulos de galaxias usando los datos del fondo cósmico de microondas del telescopio espacial de Planck. Ha publicado dos artículos liderados por dos de sus doctorandos, Alejandro Aguado y Antonio Ferragamo. Los artículos son A. Ferragamo, …, J. A. Rubiño-Martín, …, H. Lietzen, «Velocity dispersion and dynamical mass for 270 galaxy clusters in the Planck PSZ1 catalogue,» Astronomy & Astrophysics 655: A115 (01 Dec 2021), doi: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202140382arXiv:2109.04967 [astro-ph.CO] (10 Sep 2021), y A. Aguado-Barahona, J.A. Rubino-Martin, …, D. Tramonte, «Velocity dispersion and dynamical masses for 388 Galaxy Clusters and groups. Calibrating the MSZ–Mdyn scaling relation for the PSZ2 sample,» Astronomy & Astrophysics (Accepted), arXiv:2111.13071 [astro-ph.CO] (25 Nov 2021). Más información divulgativa en «Científicos del IAC completan un estudio sin precedentes de la masa de más de 500 cúmulos de galaxias», Noticias, IAC, 15 Feb 2022.

Se ha estudiado la dinámica de las galaxias en 570 cúmulos en los datos de Planck, es decir, el mapa de velocidades de las galaxias en estos cúmulos. Se han obteniendo estimaciones de la masa de estos cúmulos (un 2 % son galaxias, un 15 % es gas caliente y el 83 % restante es materia oscura); en los casos en los que hay una estimación de su masa mediante lentes gravitacionales débiles se han obtenido valores comparables, lo que valida la nueva técnica. En concreto, en un artículo se han estudiado 270 galaxias del primer catálogo de fuentes Sunyaev-Zeldovich (PSZ1) de Planck y en el otro artículo se 388 galaxias del segundo catálogo PSZ2 de Planck.

Para caracterizar la masa de un cúmulo se usa el radio R500, el radio de la región que tiene una densidad Δ = 500 veces mayor que la densidad crítica del universo; el valor medio de R500 ≈ 480 kpc (kilopársecs). El parámetro que destacan los artículos es es el «sesgo de masa» (mass bias), llamado (1−B), el cociente entre la masa M500 en la región R500 determinada mediante el efecto SZ, M500(SZ), y la masa dinámica M500(dyn), es decir, M500(SZ) = (1 − B) M500(dyn). El artículo con datos de PSZ1 estima (1−B) = 0.83 ± 0.07(stat) ± 0.02(sys), y el que usa PSZ2 estima (1−B) = 0.80 ± 0.04 (stat) ± 0.05 (sys). La utilidad de este tipo de estudios es la discrepancia Ωm–σ8, pero por desgracia los nuevos resultados aún no son capaces de aportar información relevante para ella.

Como último temazo comentamos la observación de nuevo agujero negro desalineado en una binaria de rayos X, como comenté en «Un agujero negro en una binaria de rayos X cuyo espín está desalineado con el eje de rotación orbital», LCMF, 01 mar 2022. MAXI J1820+070 está formada por una estrella de ∼0.5 masas solares que orbita un agujero negro de ∼8 masas solares que presenta un chorro relativista. Se podría pensar que el momento angular del agujero negro (llamado espín) debería estar alineado con el momento angular del disco de acreción, que es perpendicular al plano de la órbita. Se publica en Science que las observaciones por polarimetría lineal del chorro relativista de MAXI J1820+070 que hay una diferencia angular de más 40° entre ambos momentos angulares. Se trata del mayor desalineamiento observado hasta ahora, algo que solo se ha medido en muy pocos casos. Si un gran desalineamiento fuera común entre las binarias de rayos X tendríamos que revisar todas las estimaciones actuales de sus masas y espines.

El artículo es Juri Poutanen, Alexandra Veledina, …, Sergey S. Tsygankov, «Black hole spin–orbit misalignment in the x-ray binary MAXI J1820+070,» Science 375: 874-876 (24 Feb 2022), doi: https://doi.org/10.1126/science.abl4679arXiv:2109.07511 [astro-ph.HE] (15 Sep 2021); más información divulgativa en Ferdinando Patat, Michela Mappelli, «A crooked spinning black hole,» Science 375: 821-822 (24 Feb 2022), doi: https://doi.org/10.1126/science.abn5290; «Hallan un agujero negro que rota extremadamente inclinado respecto a su órbita», Noticias IAC, 25 Feb 2022.

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Cristina Hernandez García​ pregunta «¿se sabe algo del par de agujeros [negros] supermasivos que se espera que se fusionen dentro de pocos meses? ¿Se podría detectar algo en ondas gravitatorias o con los detectores actuales?» La pregunta me pilló despistado y contesté que no recordaba la noticia o el paper (cuando yo mismo tuiteé el paper hace una semana). En cualquier caso, contesto que no será detectable con los observatorios de ondas gravitacionales actuales; pero, por supuesto, si la fusión diera lugar a la emisión de un brote rayos gamma, podría ser observada mediante telescopios.

El artículo que tuiteé fue Ning Jiang, Huan Yang, …, Zhenya Zheng, «Tick-Tock: The Imminent Merger of a Supermassive Black Hole Binary,» arXiv:2201.11633 [astro-ph.HE] (27 Jan 2022 16:50:26 UTC (3,941 KB); más información en Daniel Clery, «Crash of the titans: imminent merger of giant black holes predicted,» Science (01 Feb 2022), doi: https://doi.org/10.1126/science.ada0830. El núcleo galáctico activo SDSSJ1430+2303 muestra oscilaciones periódicas de amplitud decreciente que apuntan a dos agujeros negros supermasivos que se van a fusionar próximamente; según el artículo en menos de 300 días. Se espera que la fusión sea observada con neutrinos (por ejemplo en IceCube) y con fotones (rayos X, rayos gamma, etc.). Pero habrá que esperar a dentro de unos 100 días para ver si se confirma la próxima fusión (hay astrónomos escépticos al respecto).

Exospace pregunta: «Inflación, energía oscura y ahora energía oscura temprana. ¿No podría ser una misma fuerza repulsiva que su intensidad oscila con el paso del tiempo?» Contesta Alberto que las tres cosas son aceleración del ritmo de expansión. Se puede ligar la energía oscura con ciertos modelos inflacionarios, pero los modelos de energía oscura temprana son muy específicos (suelen ser campos tipo axión, con masa muy pequeña, que decaen antes de la recombinación). Alberto nos dice que estos modelos de energía oscura temprana tienen un potencial oscilatorio, pero que no sabe si este hecho implica que el decaimiento sea oscilatorio.

Daniel Caballero pregunta: «Si pudiéramos ver con un telescopio un mundo con una gravedad mayor al nuestro, ¿veríamos que todo ocurre mas rápido? ¿Su evolución tecnológica sería mas rápida?» Contesto que no lo veríamos más rápido (salvo que sincronicemos relojes con ellos). Y tampoco influiría sobre la velocidad de su evolución tecnológica. Sugiere Héctor que Daniel está pensando en la novela de ciencia ficción «Huevo de Dragón» de Robert Forward, en la que la vida y una civilización nacen en la superficie de una estrella de neutrones ,y evolucionan mucho más rápido que la vida en la Tierra. Pero esto solo es una especulación de ciencia ficción.

Cristina Hernandez García comenta: «El sector ruso de la ISS tiene dos módulos con capacidad de autopropulsión hipergólica que recargan automáticamente con las Progress. El otro sector carece de esta capacidad».

Daniel Caballero​ pregunta: «Si finalmente Rusia se desmarca de la ISS, ¿sería factible que Estados Unidos y la UE se hagan cargo de todos los gastos? ¿O sería el fin de la ISS?» Comento que el aporte económico de Rusia a estas misiones es su experiencia y sus vehículos, no su contribución económica a los gastos. Por ello creo que no será el fin de la ISS, aunque ya tiene finiquito; el futuro es la estación espacial lunar Gateway.

Cebra pregunta: «​¿Se supone que toda la materia ya estaba, aunque disgregada, desde el principio? ¿O cambia el contenido de energía y materia, y viceversa?» Esteban Alonso pregunta: «La densidad media del universo es 68 % energía oscura, 27 % materia oscura y 5 % materia bariónica aproximadamente. ¿Estos porcentajes varían con la constante cosmológica?» Contesta Alberto que sí, que varían con la expansión. La materia se diluye con el cubo del radio, la radiación con la cuarta potencia y la energía oscura aparenta ser constante. Dependiendo de la época del universo domina la radiación, la materia o la energía oscura (como en la actualidad). Alberto dice que la materia y la radiación «nacen» (se excitan9 en el recalentamiento, la fase final de la inflación, y desde entonces la densidad total de energía se conserva. Por supuesto, en la aniquilación materia-antimateria, dando lugar a radiación (ahora se estiman unos mil millones de fotones por cada barión), hay un cambio de materia en radiación. De hecho, comento que la teoría del big bang es una teoría de las transiciones de fase del contenido del universo debidas a la expansión cósmica.

Esteban Alonso pregunta: «El universo parece tener una geometría espacial plana. ¿Qué significa, que es 2D?» Contesta Alberto que la planitud del espacio se entiende usando rayos de luz paralelos que se mueven en distancias cósmicas y mantienen su paralelismo. Héctor comenta que en un plano los ángulos internos de un triángulo siempre suman 180 grados; la planitud del universo nos dice que lo mismo ocurre con triángulos de tamaño cósmico.

Alberto nos dice que cuando se dice que el universo es plano lo que se está diciendo es que la densidad total de energía del universo es la energía crítica (que separa un universo cerrado de uno abierto); la inflación cósmica predice la planitud, pues predice que la densidad total de energía debe ser exactamente la energía crítica. La solución de universo plano es inestable, pues si no es plano, la expansión cósmica conduce a que sea aún menos plano; así para que el universo sea plano en la actualidad o bien hay un enorme ajuste fino, o bien así lo dejó la inflación cósmica.

¡Qué disfrutes del podcast!



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