Podcast CB SyR 366: Superfulguraciones, fusión asimétrica de agujeros negros, regularización dimensional y existencia del tiempo

Por Francisco R. Villatoro, el 7 mayo, 2022. Categoría(s): Ciencia • Física • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 1

He participado en el episodio 366 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep366: Superfulguraciones; Agujeros Negros; Regularización Dimensional; El Tiempo», 05 may 2022. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: De superfulguraciones a radiación de partículas energéticas en exoplanetas (min 13:00); Retroceso de agujero negro (50:00); 50 años de regularización dimensional (1:16:00); El tiempo en física: ¿fundamental o emergente? (1:41:00); Señales de los oyentes (2:20:00). 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».

Portada gentileza de Manu Pombrol (@manupombrol).

Ir a descargar el episodio 366.

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 José Edelstein, @JoseEdelstein, Gastón Giribet @GastonGiribet, y Francis Villatoro @emulenews.

Fuente: Gastón Giribet en Twitter. https://twitter.com/gastongiribet/status/1282000930469273600.

Héctor destaca que hoy, 15 de mayo, es el Día Mundial de la Astronomía. También anuncia una charla de Gastón en el Museo el martes 17 de mayo (retransmitida por YouTube); Jose también anuncia una charla/coloquio con Gastón sobre agujeros negros, poesía y canto el jueves 19 de mayo en Santiago de Compostela, y además su estupenda charla «Mondrian y los números trascendentes» el viernes 20 mayo (que se emitirá por Zoom).

Nos cuenta Héctor un artículo en Science Advances sobre el modelado de superfulguraciones estelares y su efecto en la fluencia de partículas. Nos cuenta que las fulguraciones solares son resplandores en el Sol que se clasifican con una letra C, M y X, siendo las X diez veces más potentes que las M, que son diez veces más que las C; además se clasifican con un número entre 1 y 9. Las fulguraciones fuertes, por encima de X.5 vienen acompañadas por eyecciones de masa solar. También hay eyecciones de protones de muy alta energía (decenas o cientos de MeV en energía cinética), comparada con la de los protones de las eyecciones de masa coronal (que no superan 1 MeV). Según cuenta Héctor, el evento Carrington se estima que fue un X45 (∼5 × 10³² ergios) y se llaman superfulguraciones a las más energéticas de X100 (10³³ ergios), es decir, unas dos veces el evento Carrington.

¿Cómo se aceleran los protones en el medio interplanetario? Nos cuenta Héctor que la magnetohidrodinámica predice que cuando se propagan a velocidad supersónica (respecto a la velocidad de sonido en el plasma), los campos magnéticos forman una especie de «herradura» (ver la figura) que aceleran los protones. En el nuevo artículo se ha usado el software bidimensional iPATH (improved Particle Acceleration and Transport in the Heliosphere) para simular superfulguraciones con energía entre 10³³ y 10³⁵). Siendo un software 2D, comenta Gastón que no reflejará correctamente la turbulencia 3D real del problema, pues la transferencia de energía entre escalas en régimen turbulento en 2D y 3D es diferente. Comento que no es un código de simulación numérica directa (DNS), por lo que se incorpora la turbulencia con un modelo fenomenológico para la ley de escala, que puede ser 2D o 3D; así en un código 2D se puede introducir de forma efectiva turbulencia 3D para aproximar la cascada de energía correcta.

En el nuevo articulo se simulan tres modelos de estrellas: nuestro Sol actual (m1), un Sol muy joven con 300 millones de años (m2) y un Sol joven con 700 millones de años (m3). Para cada modelo se han analizado cuatro eventos de velocidades diferentes obteniéndose diferentes curvas para la fluencia de los protones en función de la energía (mostradas en la figura en su parte izquierda). Según Héctor los resultados son interesantes, pero falta su verificación experimental del modelo m1 con fulguraciones detectadas en nuestro Sol y falta considerar otros tipos de estrellas, como las enanas rojas, ahora de mucho interés en la búsqueda de vida. El artículo es Junxiang Hu, Vladimir S. Airapetian, …, Meng Jin, «Extreme energetic particle events by superflare-associated CMEs from solar-like stars,» Science Advances 8: eabi9743 (25 Mar 2022), doi: https://doi.org/10.1126/sciadv.abi9743.

Retroceso en una fusión de agujeros negros cuyos momentos angulares no están alineados (como en esta imagen). Esta asimetría hace que la emisión de energía gravitacional también sea asimétrica, con lo que el agujero negro resultante recibe un momento lineal en dirección contraria como una «patada» (kick en inglés). Nos cuenta Gastón que no es necesaria mucha asimetría, pues basta una parte en diez mil para lograr una velocidad unas doscientas veces menor que la velocidad de la luz en el vacío. La razón es que la energía gravitacional (que suele ser del orden del 5 % de la masa del agujero negro final) es de varias masas solares, con lo que transformada en energía cinética para el agujero negro final da un momento lineal enorme.

Se ha estudiado la onda gravitacional GW200129 (observada el 29 de enero de 2020) para la que se ha estimado el mayor retroceso hasta ahora, ∼ 1542+747−1098 km/s (como muestra la figura de la izquierda), en concreto, > 698 km/s, ambos números al 90 % C.L. Como esta velocidad es mayor que la velocidad de escape de un cúmulo globular (con lo que quedaría ligado a uno con una probabilidad del 0.48 %), incluso que la de los cúmulos globulares nucleares, que se encuentran en el núcleo de las galaxias y son muy masivos, con lo que su velocidad de escape es mayor (en uno de ellos quedaría ligado con una probabilidad del 7.7 %). Aún así, no es tan grande como superar la velocidad de escape de una galaxia elíptica (como muestra la figura de la derecha). El artículo es Vijay Varma, Sylvia Biscoveanu, …, Salvatore Vitale, «Evidence of large recoil velocity from a black hole merger signal,» Phys. Rev. Lett. (aceptado, 11 Apr 2022), arXiv:2201.01302 [astro-ph.HE] (04 Jan 2022). Más información en la nota de prensa de Emily Conover, «Gravitational waves gave a new black hole a high-speed ‘kick’,» ScienceNews, 25 Apr 2022.

José nos cuenta que Gastón, junto a unos amigos, ha organizado la conferencia «50 Years of Dimensional Regularization», 25 y 26 de abril 2022, en la Universidad Nacional de La Plata, Argentina. El motivo es celebrar los 50 años del artículo seminal sobre la regularización dimensional en 1972 de los físicos teóricos argentinos Carlos Guido Bollini y Juan José Giambiagi. En este blog puedes leer mi pieza de hace 10 años «Los dos argentinos que descubrieron hace 40 años cómo calcular en 4+ε dimensiones», LCMF, 11 nov 2012. La regularización dimensional fue redescubierta por ‘t Hooft y Veltman, quienes la usaron para demostrar que la teoría electrodébil, y con ella también el modelo estándar, es renormalizable (hito premiado con el Premio Nobel de Física en 1999).

Como nos cuenta Gastón, ciertos cálculos en 4 dimensiones son más fáciles de realizar en D > 4 dimensiones, tomando después el límite D → 4. El método de Bollini y Giambiagi hoy se encuentra en todos los libros de textos de teoría cuántica de campos. Más información sobre la historia de esta técnica (tanto en inglés como en español) en Wolfgang Bietenholz, Lilian Prado, «40 Years of Calculus in 4 + epsilon Dimensions,» arXiv:1211.1741 [physics.hist-ph] (08 Nov 2012). Gastón y varios amigos de la Universidad de la Plata organizaron la conferencia «50 Years of Dimensional Regularization», 25 y 26 de abril 2022. Participaron Juan Maldacena, José Edelstein, Marina Huerta, y muchos físicos jóvenes. Le pregunto por un posible libro de actas (pues las charlas no se eimitieron por YouTube o similar) y me dice que no tienen pensado editarlo.

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Luciano Lundup pidió nuestra opinión sobre el artículo Sam Baron, «Time might not exist, according to physicists and philosophers –but that’s okay,» The Conversation (Australia), 14 abr 2022, que sugiere que en gravedad cuántica de lazos no existe el tiempo, que es emergente. Yo comento que hay dos versiones de la gravedad cuántica de lazos (recomiendo leer mi reseña de «Un primer curso en gravedad cuántica de lazos» por Gambini y Pullin, LCMF, 22 sep 2015). En la primera se usan las variables de Ashtekar para escribir las ecuaciones de Einstein en una formulación análoga a las ecuaciones de Yang–Mills, con las componentes temporales de la métrica g actuando como multiplicadores de Lagrange. Y en la segunda se usa la ecuación de Thiemann que está inspirada en la ecuación de Wheeler–de Witt para la función de onda del universo en su conjunto, que no contiene el tiempo de forma explícita. En ambos casos se interpreta que el tiempo es emergente en gravedad cuántica de lazos.

En la pieza de Baron se recomiendo su nuevo libro Sam Baron, Kristie Miller, Jonathan Tallant, «Out of Time: A Philosophical Study of Timelessness,» Oxford University Press (2022), que podría considerarse una segunda parte de su libro anterior Sam Baron, Kristie Miller, «An Introduction to the Philosophy of Time,» Polity (2018). Gastón nos comenta de forma breve la naturaleza del tiempo en filosofía. Con José comentamos la naturaleza del tiempo en teoría de cuerdas.

Y pasamos a Señales de los oyentes. Sergio Llorente pregunta: «¿Las explosiones nucleares son detectables como tecnomarcador?» Contesta Héctor que no es fácil detectarlas, pero que se ha propuesto su detección en el caso extremo de un guerra termonuclear global que destruya toda una civilización, como en Adam Stevens, Duncan Forgan, Jack O’Malley-James, «Observational Signatures of Self-Destructive Civilisations,» International Journal of Astrobiology 15: 333-344 (2016), doi: https://doi.org/10.1017/S1473550415000397, arXiv:1507.08530 [astro-ph.EP] (30 Jul 2015).

Cristina Hernandez García​ pregunta: ¿un lazo de gravedad cuántica de lazos equivaldría a un gravitón y a la vez a una cuerda cerrada de teoría de cuerdas, o nada que ver?» Contesto que uno de los problemas de la gravedad cuántica de lazos es que no describe los gravitones, partículas de espín 2 definidas sobre un espaciotiempo plano, porque no describe el espaciotiempo planos; se supone que en un límite semiclásico adecuado deberían aparecer, pero no está claro cómo aparecen. En teoría de cuerdas hay excitaciones (vibraciones) de las cuerdas cerradas de espín entero; las de espín dos se interpretan como gravitones en el espacio de 9+1 dimensiones.

Víctor García pregunta: ¿qué pasaría si un agujero negro (con gran momento lineal tras la fusión asimétrica de dos agujeros negros) chocara directamente con una estrella a esa velocidad?» Contesta Gastón que es algo muy improbable, pues estos agujeros negros de unas 74 masas solares tiene un diámetro de unos 436 km, muy pequeño comparado con el tamaño de una estrella como el Sol (1.39 millones de kilómetros). Dada la enorme masa del agujero negro, la estrella quedaría ligada gravitacionalmente y sería de esperar que acabara formando un disco de acreción de materia a su alrededor.

Cebra​ pregunta: ¿por qué la gravedad no cumple la renormalización? Contesta Gastón que la razón es que la constante de acomplamiento gravitacional, la constante G de gravitación de Newton, tiene unidades cuando se toma c=1 y ℏ=1, en concreto 8 π G=Mp⁻², donde Mp es la masa de Planck; en el modelo estándar las constantes de acoplamiento son adimensionales. Por ello un desarrollo perturbativo en potencias de G incluye términos en potencias crecientes del tensor de curvatura de Riemann, que son combinaciones cada vez más complicadas de este tensor y sus contracciones. En las teorías renormalizables se puede usar un conjunto finito de términos correctivos que permiten evitar los infinitos que aparecen en todo el desarrollo de infinitas potencias de la constante de acoplamiento en la teoría de perturbaciones; como son un número finito, se pueden ajustar a partir de un número finito de observaciones experimentales. En una teoría no renormalizable, como en la gravitación canónica cuantizada, hay que introducir un número infinito de términos correctivos, cuyos valores requieren un número infinito de observaciones experimentales de interacciones de gravitones en un número creciente (por desgracia, no tenemos ninguna, de hecho, ni siquiera hemos observado un gravitón).

¡Qué disfrutes del podcast!



1 Comentario

  1. ¡Qué buena la charla sobre el tiempo!…genial, de verdad.

    Aprocecho para contar un pequeño dilema sobre la simetría de la física en el tiempo; a ver qué os inspira.

    Imaginad una máquina A, la cual elabora unas determinadas piezas. Las piezas pasan por una cinta mecánica y de ahí a contenedores. A veces, como es lógico, aparecen piezas defectuosas; las piezas buenas se lanzan a un contenedor para su transporte, y las defectuosas a un contenedor de reciclaje.

    Empíricamente hemos determinado que la probabilidad de que salga una pieza defectuosa es P(A).

    Supongamos que lleva un tiempo en marcha y paramos el tiempo. Vamos ahora a revertir toda la física, tal que las piezas saltan de los contenedores, van a la cinta, y de la cinta a la máquina.

    La pregunta es, ahora que va todo marcha atrás, ¿qué probabilidad hay de que a la cinta transportadora salte una pieza defectuosa? ¿P(A)? No, no es P(A) puesto que ahora, en el contenedor de reciclaje, o hay piezas defectuosas o no las hay, por lo tanto, la probabilidad es 1 o es 0, pero no P(A). Por lo tanto no existe una perfecta simetría en la linea temporal como normalmente se quiere dar a entender.

    ¿qué os parece? , ¿es una visión tramposa o correcta?

    Nota: En todo caso podríamos preguntar por la frecuencia de piezas defectuosas que saltarán a la cinta si la probabilidad es 1, que sí sería P(A), pero si cuando todo iba marcha adelante, en vez de mandar las piezas a uno u otro contenedor, se hubieran ido colocando en orden, la pregunta tendría su respuesta en la propia fila de piezas, no habria, por decirlo de alguna forma, ignorancia alguna sobre cómo y cuando iban a saltar sobre la cinta.

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