Podcast CB SyR 389: fondo cósmico de gravitones, estereotipos sobre científicos, teoría analítica de números y cosmología

Por Francisco R. Villatoro, el 11 noviembre, 2022. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • Matemáticas • Mathematics • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 4

He participado en el episodio 389 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep389: Cosmología; Estereotipos Científicos; Matemáticas», 10 nov 2022. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Inflación y el fondo cósmico de gravitones (min 5:00); La percepción social de l@s científic@s (1:08:00); ¿Ha observado el James Webb evidencia de minicúmulos de axiones o agujeros negros primordiales? (1:49:00); La hipótesis de Riemann (2:00:00); Señales de los oyentes (2:37:00). Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso. CB:SyR es una actividad del Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife. Museos de Tenerife apoya el valor científico y divulgativo de CB:SyR sin asumir como propios los comentarios de los participantes».

Ir a descargar el episodio 389.

Como muestra el vídeo, en el Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife se encuentra su director, Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro (@pCoffeeBreak), junto a José Alberto Rubiño, @JARubinoM, participando por videoconferencia José Edelstein, @JoseEdelstein, y Francis Villatoro @eMuleNews, incorporándose un poco más tarde Sara Robisco Cavite @SaraRC83, y Gastón Giribet @GastonGiribet.

Héctor nos desea Feliz Saganiversario (que se celebra todos los 9 de noviembre pues nació este día en 1934). Aprovecha para anunciar un nueva charla sobre la historia de SETI el martes 15 de noviembre sobre las 19:00 h (Madrid). Y también anuncia que se acaba de inaugurar nuevo exposición en el Museo «Conéctate al futuro: la transición energética», dirigida a estudiantes de secundaria.

Héctor nos cuenta que en algunos medios se han hecho eco de forma capciosa del último artículo de Avi Loeb sobre la detección del fondo cósmico de gravitones. El titular falso de Jesús Díaz, «Una nueva teoría invalida el Big Bang y explica de dónde viene el universo», El Confidencial, 07 nov 2022, nos lleva a una pieza repleta de errores. Una pena. El artículo del cosmólogo Vanozzi junto a Loeb nos recuerda que el fondo cósmico de gravitones (CGB) ni se ha detectado, ni se espera que sea detectado, según las predicciones del modelo cosmológico inflacionario. La inflación cósmica diluye el CGB reduciendo su temperatura actual a menos de 50 μK; que es imposible de observar en los próximos siglos.

Pero qué pasaría si no existiera la inflación cósmica; en dicho caso la temperatura actual del CGB sería del orden de 0.9 K (el valor correcto podría ser algo menor), a comparar con la del fondo cósmico de microondas (CMB) de 2.7 K. Con una temperatura tan grande modificaría el número cosmológico de neutrinos (de partículas relativistas de baja masa), en una cantidad ΔNeff,g ≈ 0.054. Recuerda que la predicción del modelo ΛCDM es Neff = 3.045 y que el telescopio espacial Planck 2018 (DR3) estimó un valor de Neff =2.99 ± 0.17; un valor de 0.054 es mucho más pequeño con la incertidumbre 0.17, sin embargo, usando futuros telescopios espaciales, disponibles cerca de 2040 (gracias a CMB-S4 (desde tierra) y LiteBIRD, Euclid y PICO desde el espacio), quizás se puede llegar a descartar un efecto tan grande como 0.054 (la detección sería de unas tres sigmas).

¿Pero qué pasaría si nuestro universo fuera un hipotético universo sin inflación cósmica y se detectara dicho efecto? Pues se podría tratar de detectar el CGB usando una tecnología parecida a la usada para detectar axiones que confirmara que es la causa de la observación. En dicho caso hipotético caso, un retruque casi imposible, la observación sería una indicación de la ausencia de inflación cósmica. Pero en nuestro universo la inflación cósmica es un hecho, así que el CGB tiene una temperatura de unos 50 μK, siendo imposible de detectar.

El especulativo artículo de Loeb es Sunny Vagnozzi, Abraham Loeb, «The Challenge of Ruling Out Inflation via the Primordial Graviton Background,» The Astrophysical Journal Letters 939: L22 (03 Nov 2022), doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ac9b0e; por cierto, Vagnozzi tiene otro artículo reciente con Loeb, Sunny Vagnozzi, Fabio Pacucci, Abraham Loeb, «Implications for the Hubble tension from the ages of the oldest astrophysical objects,» Journal of High Energy Astrophysics 36: 27-35 (04 Aug 2022), doi: https://doi.org/10.1016/j.jheap.2022.07.004.

Alberto anuncia que habrá próximas noticias (una serie de artículos) con resultados de QUIJOTE. Se ha medido la emisión sincrotrón de nuestra galaxia (uno de los velos que hay que desvelar para observar los modos B primordiales). Serán siete artículos en MNRAS de los trece que se han escrito.

Nos cuenta Sara que se ha publicado en Scientific Reports un artículo sobre la percepción social de los científicos. El público general tiene una opinión positiva de los científicos (químicos, biólogos y físicos), siendo la competencia (la pericia para hacer algo) su rasgo más característico; pero se perciben dudas sobre su ética (moralidad) y sobre su sociabilidad. Además, estas percepciones no son uniformes y que a ojos del público los “científicos” no son un grupo homogéneo. Estas evaluaciones sociales son útiles para que conocer mejor cómo se debe actuar para mejorar la percepción del público general sobre los científicos y la ciencia.

En este estudio se han evaluado 1441 encuestas. En una se les pedía que evaluaran en un rango de 1 a 7 a un científico de cierta área científica en «competencia» («inteligencia», «perseverancia», etc.), «sociabilidad» («amigabilidad», «calor humano», «atractivo», etc.) y «moralidad» («honestidad», «sinceridad», etc.); en la figura se observa dos ejes (en lugar de tres). El artículo es Vukašin Gligorić, Gerben A. van Kleef, Bastiaan T. Rutjens, «Social evaluations of scientific occupations,» Scientific Reports 12: 18339 (31 Oct 2022), doi: https://doi.org/10.1038/s41598-022-23197-7.

Nos cuenta José Alberto un resultado reciente sobre el JWST: ¿se han observado indicios de la existencia de minicúmulos de axiones o de agujeros negros primordiales? El análisis se basa en los dos (candidatos a) galaxias más lejanas observas por JWST, CEERS-1749 con z = 16 ± 0.6 y masa estelar log10(M/M) = 9.6 ± 0.2, y la galaxia 14924 con z = 9.9 ± 0.5 y masa estelar log10(M/M) = 10.9 ± 0.3. La gran masa de estas galaxias requiere una fuerte producción estelar (f ~ 1.0) lo que genera una tensión con el modelo cosmológico de consenso. Una solución es la existencia de nubes de axiones que rodean las galaxias o de una gran población de agujeros negros primordiales.

Obviamente, una solución, por muy atractiva que sea, a un problema inexistente es irrelevante; casi con toda seguridad las galaxias con gran masa observadas por el JWST con un alto desplazamiento al rojo en realidad son galaxias rodeadas de gran cantidad de gas que tienen un bajo desplazamiento al rojo. Aún así, el artículo es Gert Hütsi, …, Juan Urrutia, …, Hardi Veermäe, «Did JWST observe imprints of axion miniclusters or primordial black holes?» arXiv:2211.02651 [astro-ph.CO] (04 Nov 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.02651.

Héctor me da paso para hablar de un curioso artículo matemático relacionado con la hipótesis de Riemann. La función zeta de Riemann ζ(s), para variable real introducida por Euler en 1737, es una función de variable compleja que tiene un polo en ζ(1) y que tiene infinitos ceros complejos en la banda crítica 0 < Re(s) < 1 (además de infinitos ceros reales en ζ(-2n), con n=1,2,3,…). La hipótesis de Riemann afirma que todos esos ceros están en la línea crítica Re(s)=1/2; se sabe que los diez primeros billones de ceros la cumplen. La función zeta se define con un sumatorio infinito de números naturales convergente para Re(s)>1, equivalente a un productorio infinito de números primos también convergente para Re(s)>1 y cumple una ecuación funcional que relaciona ζ(s) y ζ(1−s), que permite calcular la función para Re(s)<1.

Existe una familia de funciones muy parecidas a la función zeta introducidas por Dirichlet en 1837. Las funciones L de Dirichlet, L(s,χ) que dependen del llamado carácter χ(n); esta funciones se definen con un sumatorio infinito de números naturales que es convergente para Re(s)>1, equivalente a un productorio infinito de números primos también convergente para Re(s)>1 y cumplen una ecuación funcional que relaciona L(s,χ) y L(1−s,χ) , que permite calcular la función para Re(s)<1. Hay una hipótesis generalizada de Riemann que afirma que todos sus ceros en la banda crítica 0 < Re(s) < 1 cumplen que Re(s)=1/2. El valor L(1,s) > 0, siendo un polo cuando el carácter es principal, que implica que L(s,χ) = ζ(s) l(s,χ).

Un contraejemplo de la hipótesis generalizada de Riemann es la existencia de un cero de Landau–Siegel (Landau, 1918; Siegel, 1935), un cero real muy próximo a s=1. La conjetura de (la ausencia de) los ceros de Landau–Siegel afirma que no existe ninguno de tales ceros; si existiera alguno entonces habría infinitos pares de primos gemelos. Se sabe que L(1,s) > 0 y se tiene una cota para su derivada L'(1,s) que garantiza que si L(1,χ) ≫ (log D)−1, entonces no existe ningún cero de Landau (es decir, si L(1,s) es suficientemente grande y su derivada es suficientemente pequeña, entonces no existe ningún cero real cerca de s=1). El nuevo artículo de Yitang Zhang estima que L(1,χ) ≫ (log D)−2022 (los números en su demostración parecen ajustados a propósito para que el exponente sea 2022). Si la demostración es correcta en los  próximos años se rebajará el exponente, pero el propio Zhang confiesa que su técnica de demostración nunca alcanzará el deseado exponente −1. Aún así, podría tener implicaciones en ciertos resultados matemáticos que usan la existencia de ceros de Landau–Siegel para los que bastan acotaciones a su distancia a s=1.

El artículo es Yitang Zhang, «Discrete mean estimates and the Landau–Siegel zero,» arXiv:2211.02515 [math.NT] (04 Nov 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2211.02515; más información divulgativa en mi pieza «Nuevo artículo de Yitang Zhang sobre los ceros de Landau-Siegel», LCMF, 08 nov 2022.

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Cristina Hernández García pregunta: «Si a un agujero negro pequeño lo hacemos crecer con partículas elementales de la misma carga, por ejemplo, electrones, hasta tamaño estelar o mayor ¿mostraría su entorno alguna diferencia?» Contesta Gastón que se puede cargar un agujero negro por acumulación de partículas cargadas. El campo gravitacional de un agujero negro cargado depende tanto de la masa como de la carga. Por ejemplo, el tamaño puede ser mucho más pequeño para la misma masa gracias a su carga. Para observar cambios no gravitacionales en su entorno, Gastón considera un agujero negro rodeado de un disco de acreción de materia; en dicho caso el agujero negro cargado polariza el plasma del disco de acreción de materia, de tal forma que las partículas de carga opuesta se acercan al horizonte y las de la misma carga se alejan; como resultado acaban entrando en el horizonte, de forma preferente, partículas de carga opuesta, con lo que se descarga el agujero negro conforme pasa el tiempo hasta que acaba siendo un agujero negro sin carga. 

Daniel Caballero​ pregunta: «¿Cómo saben que un agujero negro es primordial y por qué estudian axiones?» Contesta Gastón que para un agujero negro de masa estelar es imposible saberlo, pero para uno con una masa menor de tres masas solares la explicación más razonable de su origen es que sea primordial. Comenta que un agujero negro con la masa de un asteroide tendría un tamaño micrométrico. Alberto contesta que se estudian los axiones (en realidad las partículas tipo axión) porque son un firme candidato a materia oscura y que se pueden observar usando campos magnéticos (porque los axiones se pueden transformar en fotones). Gracias a ello se están buscando por doquier. 

José anuncia la próxima charla del ciclo Transfronteirizas Conversas de Arte e Ciencia, con Flavia Costa socióloga argentina (UBA, CONICET) experta en «Tecnoceno». Será el próximo 16 de noviembre de 2022 a las 20:00 horas (de Madrid).

¡Qué disfrutes del podcast!



4 Comentarios

  1. Hola Francis

    Que es lo ultimo que sabemos sobre el origen del universo (se que aun no tenemos una teoria de la gravedad cuantica) que podemos decir, sobre que su origen es por la indeterminacion de la nada? Como es posible que surga algo de la nada (sin espacio ni tiempo ni campos)?

    1. María Paz, no hay nada nuevo, sabemos lo mismo ahora que en 2018 cuando el telescopio espacial Planck publicó su DR3. En la cosmología inflacionaria actual se conjetura que existía un falso vacío primordial (que no tiene nada que ver con el concepto filosófico de «nada») con espacio, tiempo y campos cuánticos en estado de vacío; en dicho estado se produjo una fluctuación cuántica que inició la inflación cósmica, que se detuvo en el llamado recalentamiento que excitó todos los estados de partículas de todos los campos; esto explica todo lo que hemos observado en el fondo cósmico de microondas y su polarización gracias a Planck DR3.

      No tiene sentido decir que «el origen es por la indeterminación de la nada», que solo son palabras sin contenido físico. La pregunta «cómo es posible que surja algo de la nada» también es una pregunta sin sentido físico (es como preguntar «cómo es posible que los dragones invisibles de existen en todos los garages son rosas»). En ciencia hay cosas que se pueden preguntar y cosas que no tiene sentido preguntar. Así es la ciencia.

      1. entonces nunca podra la ciencia responder la pregunta sobre el origen del universo aun con una teoria del todo? Lo que si sabemos es que hubo un origen no? y que antes no hubo ni tiempo ni espacio nada de nada?

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