Podcast CB SyR 405: Agujero negro, CARMENES DR1, blázar y rebobinado cuántico

Por Francisco R. Villatoro, el 3 marzo, 2023. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 2

He participado en el episodio 405 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep405: Agujero Negro; CARMENES; Blazar; Rebobinado Cuántico», 02 mar 2023. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Debate sobre costes de publicación (min 8:00); Agujero negro a la fuga (34:00); Primera publicación de datos de CARMENES (1:20:00); El blazar OJ 287 y el estallido que no se produjo (1:50:30); Revertiendo el estado cuántico de un sistema (2:16:00); Señales de los oyentes (2:43:00). Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso.

Ir a descargar el episodio 405.

Como muestra el vídeo participamos por videoconferencia Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro (@pCoffeeBreak), Sara Robisco Cavite @SaraRC83, José Edelstein @JoseEdelsteinGastón Giribet @GastonGiribety Francis Villatoro @emulenews.

Me incorporo tarde, pero le pregunto a Héctor, tras su presentación, ¿cómo les afecta a los astrofísicos españoles que la revista MNRAS sea ahora una revista Gold Open Access? Y nos enrollamos hablando sobre este tema. Héctor dice que a él no le afecta; Isabel comenta que no suele publicar en revistas open access con APC (Article Processing Charges), salvo sus artículos de la colaboración LIGO-Virgo, si ellos eligen hacerlo. José comenta el tema desde su comunidad (la física teórica), donde (casi) nadie publica en revistas con APC; todo se publica en arXiv y en revistas donde no haya que pagar por publicar. Esto favorece a los países en vías de desarrollo (cuyos proyectos en moneda local no permiten pagar en dólares o euros las APC). España pagará en 2023 casi 26 millones de euros a Elsevier, 8 millones a Wiley, 6.3 millones a Springer (incluye Nature), 3.3 millones a ACS, etc. ¡Una barbaridad! Estos datos son del artículo de Raúl Sánchez, Daniel Sánchez Caballero, «Cuatro editoriales cobran 170 millones en cuatro años a las universidades españolas y el CSIC por leer y publicar artículos científicos», Diario.es, 29 ene 2023.

Nos cuenta Isabel que se ha observado un agujero negro supermasivo a la fuga. Pîeter van Dokkum es el primer autor de un artículo en arXiv aceptado en The Astrophysical Journal Letters (ApJL) que reporta un SMBH de 20 millones de masas solares que se mueve a gran velocidad dejando un rastro de estrellas recién nacidas. Se ha descubierto por serendipia al estudiar una galaxia enana (RCP 28) a unos 7500 millones de años luz de la Tierra. La estela observada se extiende por 62 kpc desde el núcleo de una galaxia compacta a z=0.964. Las observaciones son coherentes con un SMBH moviéndose en el medio intergaláctico a una gran velocidad. Se estima que la eyección se inició hace ~39 Myr y tiene una velocidad de v~1600 km/s.

El mecanismo de formación de este agujero negro se ilustra en los cinco pasos de esta figura. Dos galaxias con SMBH en su núcleo colisionan (1); los dos SMBH se mueven en espiral hacia su fusión (2); pero una tercera galaxia con SMBH colisiona (3), expulsando a uno de los dos SMBH hacia el exterior (4); dicho SMBH se escapa de la galaxia con gran velocidad(5). Finalmente, al atravesar regiones con gas, se forman ondas de choque en las que se produce una gran tasa de formación estelar. La estela mide más de 200 000 años luz (el doble del ancho de la Vía Láctea) con una masa de gas de unos 20 millones de masas solares; se aleja de su galaxia a unos 5.6 millones de km/h (unas 4500 veces la velocidad del sonido), es decir, 1600 km/s. Parece apuntar al centro de la galaxia (donde se ubicaría el SMBH).

Héctor nos aporta información muy interesante sobre las observaciones, evidencias que apoyan la hipótesis. Como que las estrellas más cercanas al agujero negro son más jóvenes, o que hay indicios de que en el otro extremo del chorro observado se encuentran los otros dos agujeros negros. Pero, como comento, habrá que esperar a la confirmación independiente de este descubrimiento de van Dokkum por expertos en este tipo de chorros. El artículo es Pieter van Dokkum, Imad Pasha, …, Frank C. van den Bosch, «A candidate runaway supermassive black hole identified by shocks and star formation in its wake,» ApJ Letters (accepted), arXiv:2302.04888 [astro-ph.GA] (09 Feb 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2302.04888; más información divulgativa en Robert Lea, «‘Runaway’ black hole the size of 20 million suns found speeding through space with a trail of newborn stars behind it,» Live Science, 21 Feb 2023.

Nos cuenta Héctor que se ha publicado el primer catálogo de CARMENES (DR1) sobre exoplanetas en enanas rojas (o M). CARMENES (Calar Alto high-Resolution search for M dwarfs with Exoearths with Near-infrared and optical Échelle Spectrographs) está instalado en el telescopio de 3.5 m del Observatorio de Calar Alto, Almería (España). Usa el método de la velocidad radial (RV) para buscar exoplanetas rocosos (como exotierras). Entre 1 ene 2016 y 31 dic 2020, CARMENES ha obtenido 19 633 espectros de 362 estrellas, que se publican en el Data Release 1 (DR1); este instrumento estudia el 70­ % de todas las enanas M en un radio de 10 pc que son visibles desde Calar Alto; pero el catálogo solo incluye 18 642 espectros RV de gran precisión de 345 estrellas. Ya se conocen 5272 exoplanetas confirmados (gracias a Kepler, TESS y Hubble). CARMENES busca exotierras en la zona habitable.

Héctor aprovecha para explicarlo al método de la velocidad radial (VR) para detectar exoplanetas, que usa CARMENES. Como una estrella rota, el espectro del lado derecho y del lado izquierdo se compensan; salvo que haya fuentes de ruido que introduzcan asimetrías (como manchas solares). Este error resultó ser más grande de lo esperado, así que en CARMENES se centraron en las estrellas M4, que eran las menos ruidosas. Cuando un exoplaneta orbita la estrella, la bambolea y por el efecto Doppler se observa en su espectro de alta resolución una señal de la presencia del planeta.

En medios se ha destacado el descubrimiento de 59 nuevos exoplanetas (pero Héctor considera esto menos relevante que el propio catálogo): 33 nuevos exoplanetas, se reanalizan 17, y se confirman 26 con el método del tránsito. Usando 238 estrellas, se estima un promedio por estrella de 1.44 ± 0.20 exoplanetas con una masa 1 M < Mpl sin i < 1000 M y un periodo de 1 día < Porb < 1000 días; se estima que una fracción del 94+4−9 % de las estrellas estudiadas tienen planetas. El nuevo artículo es I. Ribas, A. Reiners, …, M. R. Zapatero Osorio, «The CARMENES search for exoplanets around M dwarfs. Guaranteed time observations Data Release 1 (2016-2020),» Astronomy & Astrophysics (A&A) 670: A139 (22 Feb 2023), doi: https://doi.org/10.1051/0004-6361/202244879. Más información divulgativa en Matt Williams, «59 New Planets Discovered in Our Neighborhood,» Universe Today, 25 Jan 2023.

Nos cuenta Gastón que se había previsto para octubre de 2022 el estallido del blazar OJ287, pero que no se ha producido. No se ha observado el estallido previsto (con modelos que estimaban una masa del SMBH de hasta 18 000 millones de masas solares). En el núcleo de este blazar (una galaxia con un gran chorro relativista), a unos 5000 millones de años luz de distancia en la constelación de Cáncer, hay dos agujeros negros supermasivos, el de mayor masa parecer tener (solo) unos 100 millones de masas solares. Se observan estallidos cada 11 o 12 años, y el último se esperaba para octubre de 2022. No se observó entonces, pero se observó a principios del año 2022.

El proyecto MOMO (Multiwavelength Observations and Modeling of OJ 287) estudia este blázar en rayos X, UV y radio, también en rayos gamma y en el óptico, en total más de 14 frecuencias. Se publican en MNRAS y en ApJ sendos artículos que estiman que el disco de acreción del agujero negro más masivo tiene una luminosidad menor de la esperada 2 × 1046 erg/s, unos 5 billones de veces la luminosidad del Sol; Gastón lo compara con TON 618, que está catalogado como el agujero negro supermasivo más masivo (mucho más lejano, z=2.219, cuando el universo tenía 3.4 mil millones de años) con una masa estimada de 66 mil millones de masas solares (tuit de Gastón).

Los dos artículos son S. Komossa, D. Grupe, …, A. G. Gonzalez, «Absence of the predicted 2022 October outburst of OJ 287 and implications for binary SMBH scenarios,» Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters (MNRASL), slad016 (23 Feb 2023), doi: https://doi.org/10.1093/mnrasl/slad016, y S. Komossa, A. Kraus, …, M. Berton, «MOMO. VI. Multifrequency Radio Variability of the Blazar OJ 287 from 2015 to 2022, Absence of Predicted 2021 Pecursor-flare Activity, and a New Binary Interpretation of the 2016/2017 Outburst,» The Astrophysical Journal 944: 177 (23 Feb 2023), doi: https://doi.org/10.3847/1538-4357/acaf71. La nota de prensa es «Absence of the predicted 2022 October outburst of galaxy OJ 287 and its implications,» Max Planck Society, Phys.org, 24 Feb 2023.

Me toca comentar una noticia que ha recibido titulares sensacionalistas como «Investigadores logran invertir el flujo del tiempo dentro de sistemas cuánticos», «Las partículas de un sistema cuántico pueden rejuvenerse: ¡Hemos hecho realidad la ciencia ficción!» Los sistemas físicos cuánticos son reversibles, así que volver un sistema cuántico a su estado inicial no parece difícil. Lo que se ha logrado  es hacerlo sin conocer el hamiltoniano (la ley física que controla la evolución unitaria del sistema); por supuesto hay que conocer algo, en este caso, el espacio (de Hilbert) de estados posibles. El nuevo protocolo cuántico de reinicio (resetting) se publicó en 2018 en la revista Physical Review X, se basa en enviar partículas de prueba al sistema en estudio para explorar, cuyo retorno permite diseñar una nueva partícula de prueba de tal forma que revierta un poco la dinámica, y así sucesivamente, tras muchas partículas de prueba se logra revertir el sistema a su estado inicial.

El autor del protocolo, el español Miguel Navascués, lo ilustró usando cuatro cúbits, lo que simplifica mucho la implementación (tras 7 pasos se lograba una probabilidad de éxito del 66 %). En un artículo posterior en la revista Quantum, junto con el también español David Trillo, se mejoró dicho protocolo; y en un tercer artículo aceptado en Physical Review Letters se logra que dicho protocolo alcance una probabilidad de éxito arbitrariamente alta.

Finalmente, dicho protocolo ha sido demostrado experimentalmente en un artículo aparecido en la revista Optica; el protocolo cuántico ha sido bautizado como inversión temporal. En mi opinión, el término original resetting (reiniciar en español), usado en PRX, es el que mejor describe el protocolo; no me gusta el término rewinding (rebobinar) usado en PRL, ni tampoco time-reversal (inversión temporal) usado en Optica. En cualquier caso, las noticias en los medias se guían más por el nombre del protocolo que por el hito científico.

La clave del protocolo es la fórmula matemática [U, V] Un [U, V] ∝ U−n, que permite «rebobinar» la dinámica de U aplicando una perturbación V (en el protocolo óptico U y V son matrices de 2 x 2). En el experimento óptico lo más complicado es implementar la operación que representa el conmutador [U,V].

El nuevo artículo es P. Schiansky, …, M. Navascués, P. Walther, «Demonstration of universal time-reversal for qubit processes,» Optica 10: 200-205  (26 Jan 2023), doi: https://doi.org/10.1364/OPTICA.469109; el artículo teórico que sustenta este experimento es David Trillo, Benjamin Dive, Miguel Navascués, «A universal quantum rewinding protocol with an arbitrarily high probability of success,» Accepted Physical Review Letters, arXiv:2205.01131 [quant-ph] (02 May 2022), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2205.01131; se usa una variante del protocolo de David Trillo, Benjamin Dive, Miguel Navascués, «Translating Uncontrolled Systems in Time,» Quantu 4: 374 (15 Dic 2020), doi: https://doi.org/10.22331/q-2020-12-15-374, cuya versión original es Miguel Navascués, «Resetting Uncontrolled Quantum Systems,» Phys. Rev. X 8: 031008 (11 July 2018), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.8.031008. En el podcast cita la pieza de Raúl Limón, «Las partículas de un sistema cuántico pueden rejuvenecerse: “¡Hemos hecho realidad la ciencia ficción!”,» El País, 21 Feb 2023.

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Cebra pregunta: «¿Esa velocidad del agujero negro viajero se mantiene? ¿O la formación de estrellas en el chorro le disminuye la velocidad?» Héctor contesta que se mantiene, ya que no hay pérdida de momento lineal por la formación estelar en la estela.

Cristina Hernández García​ pregunta: «¿Qué tipo de estrellas podrían tener más cantidad de planetas y cuándo habrá capacidad y oportunidad para poder detectar planetas en Alfa Centauri A y B?» Héctor contesta que no lo sabemos, pero hasta ahora tanto en enanas rojas (CARMENES) y enanas amarillas (Kepler) hay como mínimo un planeta en cada estrella (y lo más probable es que haya muchos más). En el caso de Alfa Centauri A y B, que son de tipo solar, dice Héctor que no lo recuerda bien, pero que cree que no está claro si tienen planetas (ha habido falsas alarmas); mientras que C (Proxima) es una enana roja con varios exoplanetas.

Francisco José Corregidor pregunta: «Para Héctor, ¿habéis considerado el método de tránsito para encontrar el planeta 9?» Héctor contesta que lo que se pretende es localizar y que dicho método solo se puede usar para un planeta muy cercano a su estrella; por otro lado, el método de la ocultación tamp0oco se puede usar sin saber dónde están el planeta (ya se ha usado para detectar anillos en cuerpos del cinturón de Kuiper).

¡Qué disfrutes del podcast!



2 Comentarios

Deja un comentario