Podcast CB SyR 410: Artemisa II, marcianadas, masa del bosón W, protogalaxia y nuevos agujeros negros

Por Francisco R. Villatoro, el 7 abril, 2023. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • LHC - CERN • Noticia CPAN • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 1

He participado en el episodio 410 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep410: Luna; Marcianadas; Bosón W; Protogalaxia; Agujeros Negros», 06 abr 2023. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: La tripulación de Artemisa II, la próxima misión tripulada a la Luna (min 10:00); Chang’e 5 encuentra agua lunar (30:00); De los autores de «champiñones en Marte» llega «artrópodos en Marte» (39:00); Atlas anuncia su medida de la masa del bosón W (59:00); ¿Se ha resuelto la paradoja de la información en los agujeros negros? (1:22:30); Una población de estrellas de los orígenes de la Vía Láctea (1:36:00); GAIA detecta un agujero negro acompañado de una gigante roja (1:45:30). Estallidos rápidos de radio y ondas gravitacionales (1:52:00); Un agujero negro ultramasivo (2:01:00). 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 410.

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

Héctor agradece a los organizadores de las 29ª Jornadas Astronómicas del Planetario de Castellón por el gran evento. Además, menciona que ha desistido de la idea del escudo climático de polvo lunar (las cuentas no les salen). También nos menciona la iniciativa para salvar el archivo de Investigación y Ciencia (Scientific American en español).

Nos cuenta Héctor que se ha seleccionado la tripulación de Artemisa II (o Artemis II, que es una palabra esdrújula), los primeros seres humanos que viajarán hacia la Luna en el siglo XXI. Los astronautas Reid Wiseman, Victor Glover, Christina H. Koch y Jeremy Hansen viajarán a bordo de la segunda nave Orión; por supuesto, ni bajarán a la superficie lunar, ni orbitarán la Luna, solo rodearán nuestro satélite en una trayectoria de retorno libre a finales de 2024 (será en 2025). La misión Artemisa III será la primera que se posará en la superficie lunar. Más información gracias al imprescindible Daniel Marín, «La tripulación de la misión Artemisa II: los primeros seres humanos que viajarán a la Luna en el siglo XXI», Eureka, 03 abr 2023; Mike Wall, «Meet the 4 astronauts flying on NASA’s Artemis 2 moon mission,» Space.com, 03 Apr 2023.

También nos comenta el último artículo sobre Chang’e-5 (CE5) publicado en Nature Geoscience: en la superficie lunar se ha encontrado agua dentro de cuentas de vidrio de impacto. Ya se sabe desde hace tiempo que la superficie lunar contiene materiales hidratados (entre ~10 y 1000 μg por cada gramo); pero extraer agua de ellos es muy difícil (siendo más fácil recurrir al abundante hielo de agua de los polos). En el impacto de cuerpos contra la Luna se forman pequeñas esferas de vidrio de impacto; estas esferas de vidrio están hidratadas; según un modelo teórico, el agua se ha difundido hacia su interior debido al efecto del viento solar. Un modelo teórico apunta a un escala de tiempo para la difusión de menos de 15 años a una temperatura de 360 ​​K; una escala de tiempo tan corta sugiere la existencia de un ciclo de agua en la superficie lunar. Se estima que el agua almacenada en estas cuencas de vidrio de impacto puede alcanzar 2.7 × 10¹⁴  kilogramos. El vidrio podría ser un reservorio de agua en cuerpos sin atmósfera; quizás en un futuro se pueda extraer agua de estas cuentas de vidrio.

Las cuencas de vidrio piroclásticas y de impacto ya fueron observadas en las rocas retornadas por las misiones Apolo y Luná. Pero hasta ahora se había realizado ninguna caracterización sistemática de su composición y abundancia de agua. Se han estudiado las muestras de suelo lunar (~1 g) recogidas por el brazo robótico del módulo de aterrizaje de la CE5. Se han caracterizado 117 cuencas de vidrio esféricas, que contienen entre 0 y 1909 μg de  agua por gramo. En esta figura se muestra la composición isotópica del hidrógeno, es decir, el cociente deuterio/hidrógeno, que se correlaciona negativamente con la abundancia de agua.

La distribución radial del contenido en agua muestra una mayor abundancia cerca de la superficie, que decrece hasta cero en el centro; además, la composición isotópica también cambia entre el exterior y el interior de las cuencas. Estas distribuciones sugieren un proceso de difusión de agua desde el exterior al interior de las cuencas de vidrio. Todo apunta a que los vidrios perdieron su contenido de agua original durante su formación a alta temperatura tras el impacto. Se propone como explicación que el agua derivada del impacto solar se difunde desde el exterior al interior de estas cuencas de vidrio, donde queda almacenado. Según el ajuste de un modelo teórico a los perfiles de hidratación observados se observa que una escala de tiempo para la difusión entre 1 año y 15 años a la temperatura máxima de 360 ​​K (en el lugar de aterrizaje de la CE5); una escala de tiempo tan corta implica que este agua almacenada puede jugar un papel relevante en el ciclo del agua en la Luna.

El artículo es Huicun He, Jianglong Ji, …, Fuyuan Wu, «A solar wind-derived water reservoir on the Moon hosted by impact glass beads,» Nature Geoscience (27 Mar 2023), doi: https://doi.org/10.1038/s41561-023-01159-6; más información divulgativa en «Toneladas de agua en la Luna almacenadas en ‘bolitas’ de vidrio», Agencia SINC, 28 mar 2023; y en Ben Turner, «China discovers strange glass beads on moon that may contain billions of tons of water,» Live Science, 28 Mar 2023.

Y no puede faltar el ruido de la semana, el magufo Rhawn Gabriel Joseph, autor de «champiñones en Marte» (LCMF, CBSyR 249), la vuelve a liar con «artrópodos en Marte». Pareidolias por doquier en Rhawn Gabriel Joseph, D. Duvall, …, Rudolph Schild, «Arthropods on Mars?» Annals of Experimental Biology (2023) [ResearchGate].

Se ha publicado una nueva estimación de la masa del bosón W obtenida por ATLAS (LHC, CERN); se han usado las colisiones a 7 TeV de 2011 que ya se usaron en una estimación previa de 2017, que se han analizado con nuevas técnicas estadísticas (perfiles de máxima verosimilitud en lugar de técnicas χ²). El nuevo valor, como el anterior, es compatible con el modelo estándar. La gran noticia en física de partículas del año 2022 fue que «el detector CDF II del Tevatron estimó una masa del bosón W que está a 7 sigmas del modelo estándar» (LCMF, 08 abr 2022). La nueva medida de ATLAS de la masa del bosón W es de 80360 ± 5 (est.) ± 15 (sist.) MeV/c² = 80360 ± 16 MeV/c², gracias a un reanálisis de los 4.6 /fb de colisiones protón-protón a 7 TeV c.m. obtenidas en 2011 (LHC Run 1); con estos mismos datos ATLAS publicó en 2017 una estimación de 80370 ± 19 MeV/c². 

El nuevo resultado se ha publicado en The ATLAS collaboration, «Improved W boson Mass Measurement using 7 TeV Proton-Proton Collisions with the ATLAS Detector,» ATLAS-CONF-2023-004 (23 Mar 2023) [CERN CDS]; Matthias Schott (on behalf of the ATLAS Collaboration), «News on the W Boson Mass from the ATLAS Experiment,» 57th Recontres de Moriond – EW+U 2023 (23 Mar 2023) [indico]. La estimación con anterior, con los mismos datos, de The ATLAS collaboration, «Measurement of the W-boson mass in pp collisions at √s=7 TeV with the ATLAS detector,» The European Physical Journal C 78: 110 (2018) , doi: https://doi.org/10.1140/epjc/s10052-017-5475-4arXiv:1701.07240 [hep-ex] (25 Jan 2017).

Nos cuenta Gastón el nuevo resultado de Xavier Calmet sobre la paradoja de la pérdida de información en agujeros negros; para muchos medios se ha resuelto (de nuevo) dicha paradoja, pero (por desgracia) aún no se ha resuelto. Ha publicado en Physics Letters B una estimación de las correcciones gravitacionales cuánticas a la radiación de Hawking; se sugiere que constituyen un ejemplo de «pelo cuántico» que permite que la información escape del agujero negro por efecto túnel de Parikh y Wilczek. En realidad solo se propone una corrección semiclásica (campos cuánticos en un espaciotiempo clásico curvado) del espectro de cuerpo negro de la radiación de Hawking, que se interpreta como consecuencia de la información que escapa del agujero negro.

Comenta muy bien Gastón que en este trabajo se usa una acción efectiva en la que se incorpora un término cúbico a la acción de la gravedad, en concreto, un término c6 GNRμνασRασδγRδγμν. Este término modifica la curvatura, lo que modifica la temperatura y la entropía de Hawking. Pero este tipo de corrección, dice Gastón, «cambia las reglas de juego», con lo que no puede considerarse una solución a la paradoja de Hawking, solo un trabajo interesante, relacionado, pero, en rigor, una cosa diferente. El artículo es Xavier Calmet, Stephen D.H. Hsu, Marco Sebastianutti, «Quantum gravitational corrections to particle creation by black holes,» Physics Letters B 137820 (06 Mar 2023), doi: https://doi.org/10.1016/j.physletb.2023.137820. Para entender este artículo conviene leer antes a Xavier Calmet, Folkert Kuipers, «Quantum gravitational corrections to the entropy of a Schwarzschild black hole,» Physical Review D 104: 066012 (09 Sep 2021), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.104.066012.

Gastón también nos habla de las estrellas viejas de baja metalicidad en el centro galáctico, reliquias de la protogalaxia que dio lugar a la Vía Láctea. En el Gaia Data Release 3 se han encontrado unos dos millones de estrellas gigantes azules (con magnitud en el azul GBP < 15.5 mag) en una banda de 30° del centro galáctico; para ∼1.25 millones de estrellas se ha calculado su órbita (usando astrometría y las velocidades del Gaia Radial Velocity Spectrometer). Entre estas estrellas se han encontrado ∼18,000 estrellas viejas (12.5 Gyr, z ≳ 5) de baja metalicidad −2.7 < [M/H] < −1.5, que suman una masa estelar de ≳ 5 × 10⁷ M⊙; se propone que dichas estrellas forman parte de la protogalaxia. En el diagrama [α/Fe] versus [Fe/H] se muestran los cocientes de elementos del proceso alfa (O, Ne, Mg, Si, S, Ar, Ca, y Ti) respecto al hierro [α/Fe] en función del cociente entre hierro e hidrógeno [Fe/H] relativos a los solares (valor 0); la figura muestra este diagrama para tres rangos de excentricidad de la órbita, separando las estrellas que pueden haber sido acretadas por la galaxia de las que se encontraban in situ en la protogalaxia.

El artículo es Hans-Walter Rix, Vedant Chandra, …, Daniela Ruz-Mieres, «The Poor Old Heart of the Milky Way,» The Astrophysical Journal 941: ac9e01 (12 Dec 2022), doi: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac9e01, arXiv:2209.02722 [astro-ph.GA] (06 Sep 2022).

Gastón nos cuenta que se ha descubierto en los datos Gaia DR3 el segundo agujero negro (conocido) más cercano a la Tierra (se llama Gaia BH2, siendo el más cercano Gaia BH1); se encuentra a 1.16 kpc en un sistema binario formado por una gigante roja y un objeto oscuro de 8.9 ± 0.3 M⊙ masas solares (de ahí que se considere que es un agujero negro). La gigante roja tiene una magnitud fotométrica de Gaiga de G = 12.3, de baja luminosidad (⁠con temperatura Teff=4600K y radio R  = 7.8 R⊙), siendo pobre en metales (⁠[Fe/H]=−0.22), aunque rica en elementos-α ([α/Fe]=+0.26), con lo que se estima que tiene baja masa (~ 1 M⊙, masa solar).

Se ha usado el método de la velocidad radial (el que permite detectar exoplanetas, pero también objetos oscuros como estrellas de neutrones y agujeros negros inactivos). Por serendipia se ha detectado este sistema cuando el agujero negro estaba en su periastro, momento en el que más rápido cambia la velocidad radial. El periodo orbital de este sistema binario es de 1277 días, el más largo de entre todas las binarias con agujero negro. La órbita del sistema binario tiene una excentricidad de e = 0.52. Lo más interesante de esta segundo Gaia BH es que implica que hay una enorme cantidad de agujeros negros durmientes en sistmeas binarios, muchos más que activos en binarias de rayos X.

Ahora está en manos de los teóricos el entender los mecanismos de formación de estos sistemas binarios. El artículo es Kareem El-Badry, Hans-Walter Rix, …, Simchon Faigler, «A red giant orbiting a black hole,» Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) 521: 4323-4348 (30 Mar 2023), doi: https://doi.org/10.1093/mnras/stad799, arXiv:2302.07880 [astro-ph.SR] (15 Feb 2023).

Gastón nos comenta que se ha publicado en Nature Astronomy una posible coincidencia entre el FRB 20190425A y la onda gravitacional  GW190425 (asociada a una fusión de estrellas de neutrones). El FRB se observó 2.5 horas después de la GW, pero no basta la coincidencia temporal, además tiene que haber una coincidencia espacial (que se muestra en esta figura). Se estima que una coincidencia entre ambos eventos tiene una baja probabilidad 0.0052 = 0.52 % (que equivale a 2.8 σ de confianza estadística para la hipótesis de que tienen la misma fuente).

Esta asociación potencial es coherente con la teoría que afirma que las fusiones de estrellas de neutrones resultan en la formación de un objeto compacto supermasivo altamente magnetizado que colapsa para formar un agujero negro tras perder gran parte de su momento angular, produciendo un FRB en la eyección de su magnetosfera. Si se acepta esta asociación, el remanente temporal de corta vida sería un objeto compacto supermasivo, es decir, con una masa superior al límite de Tolman–Oppenheimer–Volkoff para las estrellas de neutrones; a partir del FRB se estima su masa en > 2.63+0.39−0.23 masas solares si fuera una estrella de neutrones (aunque sería >2.31+0.24−0.08 masas solares si fuera una hipotética estrella de quarks).

No está del todo claro, pero si se confirmara esta asociación podría ser indicativo de que los brotes rápidos de radio (FRBs) que no se repiten podrían tener su origen en fusiones de estrellas de neutrones. El artículo es Alexandra Moroianu, Linqing Wen, …, Bing Zhang, «An assessment of the association between a fast radio burst and binary neutron star merger,» Nature Astronomy (27 Mar 2023), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-023-01917-x, arXiv:2212.00201 [astro-ph.HE] (01 Dec 2022).

Nos cuenta Gastón que se ha observado un agujero negro ultramasivo en una galaxia situada a z = 0.451 gracias a una lente gravitacional fuerte, la galaxia Abell 1201 situada a z = 0.169; estas lentes son el mejor medio para detectar agujeros negros supermasivos inactivos. Usando imágenes multibanda del telescopio espacial Hubble se ha reconstruido la masa de la lente gravitacional. El arco que se ve en la parte superior de la galaxia lente se interpreta como originada en un núcleo galáctico, con lo que se estima su masa, que sería la del agujero negro supermasivo, en MBH  = 3,27 ± 2,12 × 1010 M (a 3 σ), con un límite superior de MBH ≤ 5.3 × 1010 M. Este candidato a agujero negro sería uno de los más masivos observados hasta ahora.

Obviamente, no se sabe si se trata de un agujero negro ultramasivo, pues no se puede estimar su tamaño. Parece que su imagen está situada a ∼ 1 kpc detrás del centro de Abell 1201, pero poco más se puede decir sobre su tamaño. A pesar de ello, este nuevo método para observar agujeros negros ultramasivos no activos mediante el lensado gravitacional es muy prometedor. El artículo es J. W. Nightingale, Russell J. Smith, …, Richard J. Massey, «Abell 1201: detection of an ultramassive black hole in a strong gravitational lens,» Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) 521: 3298-3322 (29 May 2023), doi: https://doi.org/10.1093/mnras/stad587, arXiv:2303.15514 [astro-ph.GA] (27 Mar 2023).

Finalmente, comentan Héctor y Gastón la iniciativa para preservar el archivo online de Investigación y Ciencia, la versión en español de la revista Scientific American; tras su compra por la editorial Springer se decidió cortar la publicación y cerrar la página web con todo el archivo ya publicado (46 años de artículos de divulgación científica en español). La web ahora mismo no funciona https://www.investigacionyciencia.es/. Hay varias iniciativas para que no se pierda el acervo cultural científico en español de dicho archivo. Recomiendo Martín Monteiro, «Adiós Investigación y Ciencia. Un homenaje y una reflexión», Física Martín, 11 feb 2023.

Martín opina lo mismo que Gastón en el podcast: «Una reflexión. No es posible, bajo ninguna visión político-ideológica, que un archivo como este, de casi medio siglo, que incluye (estimo) unos 5000 artículos científicos, desaparezca del alcance público de un plumazo, de una semana para otra, sin dejar rastro, sin quedar en algún repositorio público, o al menos de pago. Debería ser ilegal que un privado disponga de un patrimonio cultural universal como es el archivo de Investigación y Ciencia. Algo está muy mal y debería cambiar».

Y pasamos a Señales de los Oyentes… Cebra pregunta: «¿Cómo saber que es un agujero negro ultramasivo y no es un cúmulo de materia oscura?» En rigor, no se puede saber; en la práctica, como la materia oscura parece que no autointeracciona y no forma cúmulos compactos, se puede descartar que estas acumulaciones de gran masa sean cúmulos de materia oscura en el centro de una galaxia.

Antonio Joe pregunta: «¿Por qué es imposible a día de hoy medir la velocidad de c en una sola dirección?» La pregunta va al hilo de un vídeo de Verisatium (https://www.youtu be.com/watch?v=pTn6Ewhb27k) que critica las (supuestas) medidas unidireccionales de la velocidad de la luz (E. D. Greaves, An Michel Rodríguez, J. Ruiz-Camacho, «A one-way speed of light experiment,» American Journal of Physics 77: 894 (16 Sep 2009), doi: https://doi.org/10.1119/1.3160665). Este tipo de medidas han sido muy criticadas; la razón es sencilla, la única manera de medir de forma unidireccional la velocidad de algo es moverse más rápido que dicho algo; pero esto es imposible para la velocidad máxima. Plantear que, desde un enfoque metafísico, la luz podría engañar a los científicos y moverse de forma unidireccional con velocidad no constante no es más que una paja mental que Derek Muller usa para que le explote la cabeza a sus seguidores.

Chiara Montenegro​ pregunta: «A propósito de medidas en Astronomía, sin mala «onda», ¿por qué se usa parsec, (kilo-), si ya hay UA, años luz, z…(el más dificil) autobuses? ¿Es por costumbre o da alguna otra información?» Contesta Gastón… pársec y año luz son similares (el cociente es 3.4), … Jose comenta que pársec es más instrumental… paralaje de un segundo de arco… la estrella más cercana está a un pársec…

Cristina Hernandez García​ pregunta: «Si algo dentro de un agujero negro se le alarga la longitud de onda ¿no está así cediendo energía al agujero negro?» Ya contesté a esta pregunta en este blog la semana pasada (así que decidí callar en este episodio). Gastón contesta que la energía se conserva.

¡Qué disfrutes del podcast!



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