Podcast CB SyR 413: controversia galáctica, Rosalind Franklin, super-Eddington M82 X-2, fonemas y redes neuronales, gravastars, exoplaneta TOI 733b, cruz de Einstein HS 0810+2554 y protocúmulo A2744-z7p9OD

Por Francisco R. Villatoro, el 28 abril, 2023. Categoría(s): Astrofísica • Astronomía • Biología • Cerebro • Ciencia • Historia • Mujeres en la ciencia • Nature • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Redes de Neuronas • Science ✎ 6

He participado en el episodio 413 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [Acast AAcast BiVoox AiVoox BiTunes A y iTunes B], titulado “Ep413: Controversia Galáctica; Rosalind Franklin; Fuentes Ultraluminosas; Redes Neuronales; Exoplaneta; Materia…», 26 abr 2023. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Cara A: Controversia galáctica (min 4:00); Codificación del habla en el encéfalo humano y en redes neuronales (25:00). Cara B: Nuevas observaciones de M87* (min 1:00); Nuevos documentos sobre la historia de Rosalind Franklin y el ADN (7:00); Fuentes pulsantes ultraluminosas que violan el límite de Eddington (44:30); Gravastars (1:12:00); El curioso exoplaneta TOI-733 b (1:23:00); Anillos de Einstein para diferenciar si la materia oscura es tipo WIMP o tipo axión (1:18:00); Un protocúmulo observado con el JWST (1:40:00).. Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso».

Descargar el episodio 413 A en Acast.

Descargar el episodio 413 B en Acast.

Como muestra el vídeo participamos por videoconferencia Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro (@pCoffeeBreak), Sara Robisco Cavite @SaraRC83Gastón Giribet @GastonGiribet, y Francis Villatoro @eMuleNews

Tras la presentación, Héctor me felicita porque mi blog ha sido galardonado en la I Edición Premios Universidad de Málaga a la Divulgación Científica (anuncio oficial). Y pasamos a comentar el Matters Arising enviado a la revista Nature cuestionando los resultados de Labbé y van Dokkum (Ep 412, LCMF, 21 abr 2023). Las galaxias observadas por JWST parecen ser compatibles con las galaxias simuladas según el modelo cosmológico de consenso del catálogo UCHUU-UM; tanto las observadas por JWST (puntos reojos en la figura) como HST (puntos verdes en la figura) para z = 8, 9 y 10, son coherentes con las galaxias simuladas. La clave es que se ajusta la luminosidad (y no la masa, como hacían Labbé y van Dokkum) de las galaxias en los modelos cosmológicos.

Por tanto, en lugar de refutar el modelo ΛCDM, los nuevos resultados confirman dicho modelo. Las galaxias observadas no son exóticos, sino objetos típicos (según las simulaciones galácticas que conducen al catálogo UCHUU-UM). El preprint es Francisco Prada, Peter Behroozi, …, Enrique Pérez, «Confirmation of the standard cosmological model from red massive galaxies ∼600 Myr after the Big Bang,» arXiv:2304.11911 [astro-ph.GA] (24 Apr 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2304.11911.

Nos comenta Sara un artículo en Scientific Reports que compara el reconocimiento del habla (reconocimiento de fonemas) entre el cerebro y las redes de neuronas artificiales (ANNs). La técnica usada es similar a la usada en electroencefalografía (EEG): promediar la actividad neuronal (biológica o artificial) entre neuronas en el dominio del tiempo y comparar dicha actividad entre el cerebro y una red neuronal artificial convolucional. La clave es que en el tronco encefálico se puede obtener un mapa de activación que se correlaciona muy bien con la señal sonora en el oído; esta señal neuronal es una versión desfasada y filtrada (suavizada) de la señal auditiva.

En el experimento se usa una sílaba sintetizada que se parece a «/ba/» y a «/pa/», que se ofrece a 14 angloparlantes que dicen escuchar «/ba/» y 15 hispanohablantes que dicen escuchar «/pa/». ¿Qué escuchará una red de neuronas artificiales? Se usan dos redes adversarias, una generadora de señales (sonidos) y una discriminadoras que decide si la señal es un sonido real (/ba/ o /pa/) o es un sonido diferente; la generadora aprende a generar fonemas cada vez más reales gracias a la información que recibe de la discriminadora. La entrada son 100 números (espacio latente) que se expanden en la red generadora hasta 16384 neuronas, que corresponde a una señal de audio; la red discriminadora reduce estos 16384 datos hasta un valor lógico, verdadero si el sonido es real y falso si no lo es.

En el artículo se compara la señal en la cuarta capa (64 neuronas) de la red discriminadora con la señal EEG del tronco encefálico; hay cierto parecido y en el artículo se concluye que este parecido nos da información sobre cómo funciona el tronco encefálico. Por supuesto los resultados son preliminares y no se pueden  extraer consecuencias de interés neurocientífico. El artículo es Gašper Beguš, Alan Zhou, T. Christina Zhao, «Encoding of speech in convolutional layers and the brain stem based on language experience,» Scientific Reports 13: 6480 (20 Apr 2023), doi: https://doi.org/10.1038/s41598-023-33384-9.

Sara nos cuenta un artículo de opinión en Nature sobre las contribuciones de Rosalyn Franklin al descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN. El 2 de abril de 1953 se enviaron tres artículos a la revista Nature desde el Laboratorio Cavendish de Cambridge, que se publicaron en serie el 25 de abril de 1953: J. D .Watson, F. H. C. Crick, «Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid,» Nature 171: 737-738 (1953), doi: https://doi.org/10.1038/171737a0; M. H. F. Wilkins, A. R. Stokes, H. R. Wilson, «Molecular Structure of Nucleic Acids: Molecular Structure of Deoxypentose Nucleic Acids,» Nature 171: 738-740 (1953), doi: https://doi.org/10.1038/171738a0; Rosalind E. Franklin, R. G. Gosling, «Molecular Configuration in Sodium Thymonucleate,» Nature 171: 740-741 (1953), doi: https://doi.org/10.1038/171740a0. Watson y Crick agradecen a Wilkins, Franklin y sus colaboradores por el acceso a resultados experimentales aún no publicados. Wilkins et al. agradecen a Watson y Crick por el estímulo para publicar, y a Franklin por sus comentarios. Y Franklin y Gosling agradecen Crick y Wilkins por sus comentarios, sin mencionar a Watson. Por cierto, la estructura detallada del ADN se publicó en 1954 en Francis H. C. Crick, James D. Watson, «The complementary structure of deoxyribonucleic acid,» Proceedings of the Royal Society A. Mathematical and Physical, and Engineering Sciences 223: 80-86 (1954), doi: https://doi.org/10.1098/rspa.1954.0101.

La leyenda negra dice que Wilkins le enseñó a Watson y Crick la fotografía 51 de Franklin y Gosling sin contar con su permiso. Dos historiadores, que han escrito sendas biografías de Watson y Crick, publican en Nature indicios de que Franklin sabía que Wilkins les había enseñado la fotografía; se ha encontrado una carta de ella y un artículo periodístico inédito para la revista Time que ella revisó, ambos escritos en 1953, que revelan que ella fue colaboradora activa de Watson y Crick. Ella no fue una víctima como sugiere la leyenda negra. El artículo de opinión es Matthew Cobb, Nathaniel Comfort, «What Rosalind Franklin truly contributed to the discovery of DNA’s structure,» Nature 616: 657-660 (25 Apr 2023), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01313-5. También recomiendo el Editorial, «How Rosalind Franklin was let down by DNA’s dysfunctional team,» Nature 616: 630 (25 Apr 2023), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-01390-6.

Te recuerdo que Rosalind E. Franklin falleció de cáncer de ovarios el 16 de abril de 1958, con solo 37 años, mientras Watson, Crick y Wilkins recibieron el premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1962. En 1958 casi nadie pensaba que la estructura helicoidal del ADN merecía el Premio Nobel (pues ni Watson, ni Crick, ni Wilkins recibieron ninguna nominación). Fue necesario que Sydney Brenner descubriera en 1960 que el ADN codifica los aminoácidos de las proteínas gracias al ARN mensajero para que este hito histórico mereciera el galardón; resultado que se publicó en 1961. Crick y Watson recibieron cinco nominaciones al galardón en 1962; el trío Crick, Watson y Wilkins solo recibió dos nominaciones, una en 1960 de Bragg y otra en 1962 de Monod.

Cobb y Comfort afirman en Nature que Franklin concibió la estructura helicoidal del ADN. John Randall y su adjunto Wilkins iniciaron la investigación del ADN con difracción de rayos X, uniéndose a ellos Fraklin en 1951. Randall dividió el ADN disponible en dos bloques: Franklin recibió el ADN puro del químico suizo Rudolf Signer y Wilkins recibió el ADN de peor calidad del bioquímico austriaco Erwin Chargaff. Wilkins había descubierto que el ADN tiene dos estructuras, la forma cristalina (A) y la forma paracristalina (B). Franklin descubrió que se podía convertir A en B aumentando la humedad relativa en la cámara de muestras. Franklin se concentró en la forma A (que en rayos X ofrece resultados más nítidos y detallados) y Wilkins en la forma B (que ofrece resultados más borrosos). La estructura descubierta por Watson y Crick fue para la forma B.

Franklin en un seminario en noviembre de 1951 afirmó que las estructuras A y B tenían forma de hélice con varias cadenas, fosfatos en el exterior y enlaces interhelicoidales fosfato-fosfato. Pero en 1952 Franklin decidió que la forma A no tenía estructura helicoidal, pero como todos sus colegas pensaba que la forma B sí tenía dicha estructura. Franklin pensaba que la forma B era un artefacto (estructura paracristalina) debido a la humedad. Por ello, a finales de 1952 y principios de 1953 rechazó la idea de que el ADN era helicoidal. A principios de 1953 Watson se enemistó con Franklin; Wilkins le mostró la Fotografía 51 de la forma B tomada 8 meses antes por Franklin y Raymond Gosling (quien ahora estaba supervisado por Wilkins); Gosling, con conocimiento de Franklin, le cedió la fotografía 51 a Wilkins.

El supervisor de Crick, Max Perutz, entregó a Watson y Crick un informe que recibió en diciembre de 1952, que incluía una página de Franklin sobre su trabajo: ella había confirmado una distancia entre bases de 34 Å para la forma B y que la forma A tenía una simetría C2, es decir, estaba formada por un número par de hebras de azúcar-fosfato en direcciones opuestas. Pero el trabajo de Watson y Crick fue más allá de la fotografía 51 y del informe que Perutz les entregó; estuvieron trabajando seis meses para descubrir que los grupos fosfato estaban en el exterior de la molécula, que había una repetición cada 34 Å formada por unas diez bases, así como, dos hebras de ADN en direcciones opuestas (simetría C2).

La contribución de Franklin fue clave para el descubrimiento de la doble hélice. Pero ella no comprendió la importancia de la simetría C2 (no estaba familiarizada con ella), pero Crick la había estudiado intensamente. Franklin descubrió que sería posible que hubiera «una variedad infinita de secuencias de nucleótidos en el ADN” (esta idea ya fue propuesta en 1947 por el químico John Masson Gulland). Franklin no concibió el apareamiento de bases complementarias (A solo con T y C solo con G), ni tampoco que las dos hebras de ADN están orientadas en diferente sentido. A pesar de ello, en opinión de Cobb y Comfort la contribución de Franklin es comparable a la de Watson y Crick, siendo más relevante que la de Wilkins.

Héctor nos habla de las fuentes ultraluminosas de rayos X; se ha publicado que una M82 X-2 supera el límite de Eddington. M82 es la Galaxia del Cigarro y X-2 es la segunda fuente de rayos X que se observó en dicha galaxia; X-2 está formado por una estrella de neutrones (siendo el segundo púlsar más brillante conocido, una fuente de rayos X ultraluminosa o ULX) y una estrella gigante azul de unas 5 masas solares a la que le arranca materia (el periodo orbital es de 2.5 días). En rayos X la fuente X-2 tiene una luminosidad enorme, emite unos 10 millones de veces más energía que el Sol.

X-2 es un objeto llamado super-Eddington (cientos de veces por encima del límite de Eddington). Este límite afirma que cuando un cuerpo caliente emite radiación no puede emitir demasiado, porque en dicho caso la presión de radiación sería dominante. Comenta Gastón que las estrellas en el límite de Eddington están dominadas o sostenidas por su presión de radiación; Héctor acuña «vigas de luz» para la presión de radiación que sostiene una estrella. En la mayoría de los púlsares el periodo de rotación va creciendo, su rotación se desacelera (spin down); pero hay púlsares en los que ocurre lo contrario, el periodo decrece y su rotación se acelera (spin up).

Se supone que un púlsar puede ser super-Eddington gracias a un proceso llamado beaming, que ilustra la figura. La materia del disco de acreción entra los polos (norte y sur) de la estrella de neutrones, como si estuviera enfocado en forma de un haz (beam) de materia; así queda como un hueco entre el objeto y el disco de acreción. El nuevo artículo sobre M82 X-2 usa NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) de la NASA para intentar observar señales del proceso de beaming. A pesar de que se estima que la transferencia de masa hacia la estrella de neutrones es más de 150 veces superior al límite de Eddington (que depende de su luminosidad), no se observa ninguna señal del beaming. Las observaciones se pueden explicar gracias al enorme campo magnético de la estrella de neutrones. Así que, en este caso, el beaming no parece ser responsable de que este objeto sea super-Eddington. El artículo es Matteo Bachetti, Marianne Heida, …, Jörn Wilms, «Orbital Decay in M82 X-2,» The Astrophysical Journal 937: 125 (05 Oct 2022), doi: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ac8d67; más información divulgativa en Calla Cofield, «NASA Study Helps Explain Limit-Breaking Ultra-Luminous X-Ray Sources,» JPL, NASA, 06 Apr 2023.

A petición de Héctor, Gastón nos habla de gravastars. Nos cuenta que es una de idea de Mazur y Mottola (Pawel O. Mazur, Emil Mottola, «Dark Energy and Condensate Stars: Casimir Energy in the Large,» arXiv:gr-qc/0405111 (19 May 2014), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.gr-qc/0405111; Pawel O. Mazur, Emil Mottola, «Gravitational Vacuum Condensate Stars,» PNAS 101: 9545-9550 (2004), doi: https://doi.org/10.1073/pnas.0402717101, arXiv:gr-qc/0407075 (20 Jul 2004); Pawel O. Mazur, Emil Mottola, «Gravitational Condensate Stars: An Alternative to Black Holes,» Universe (MDPI) 2023, 9: 88 (06 Jan 2023), doi: https://doi.org/10.3390/universe9020088). En el interior del horizonte de sucesos se observa un cuerpo de energía oscura (suponiendo que es una sustancia que puede autointeraccionar y formar objetos compactos) rodeado de una delgada capa de materia ordinaria (plasmas ultrarrelativista). Estos objetos son hipotéticos y su mayor problema es que están rodeados de un horizonte de sucesos con lo que nunca podrán ser observados; nunca quiere decir nunca. Además, no se conoce ningún mecanismo de formación de estos objetos. Tampoco se conoce ninguna sustancia que pueda explicar la energía oscura y formar este tipo de objetos. Así que se trata de una especulación física para físicos teóricos, sin relevancia en astrofísica y cosmología.

Nos cuenta Gastón que se ha observado un exoplaneta, TOI 733b, cuyas propiedades están entre un planeta rocoso y un planeta océano; podría tratarse de un planeta océano caliente. Su temperatura superficial de equilibrio es de Teq ≈ 1055 K y orbita una estrella de tipo solar, TOI-733. Se ha descubierto gracias a TESS, usando el espectrógrafo HARPS. El periodo orbital se estima en Porb = 4.8847 días, su radio en Rp = 1.992 R⊕ (dos veces el radio terrestre) y su masa en Mp = 5.7 M⊕ (casi seis veces la masa terrestre); por tanto, su densidad es moderada ρ = 3.9±0.7 g/cm³, demasiado baja para ser un planeta rocoso y demasiado alta para ser un planeta océano, de ahí su clasificación como planeta océano caliente. Futuras observaciones tendrán que confirmar que TOI-733 b es el primer ejemplo de esta nueva categoría de exoplanetas. El artículo es Iskra Y. Georgieva, Carina M. Persson, …, Roland Vanderspek, «TOI-733 b: a planet in the small-planet radius valley orbiting a Sun-like star,» arXiv:2304.06655 [astro-ph.EP] (13 Apr 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2304.06655; más información divulgativa en Michelle Starr, «We May Have Just Detected an Elusive Ocean World Orbiting a Sun-Like Star,» Science Alert, 24 Apr 2023.

También nos habla Gastón de la posibilidad de usar algunos anillos de Einstein para discriminar entre candidatos a materia oscura de gran masa, WIMPs (ϱDM), o de muy baja masa, axiones (ψDM). Nos cuenta qué son los anillos de Einstein debidos a las lentes gravitacionales fuertes; en el caso ideal (alineación perfecta) son anillos, pero lo habitual es que sean múltiples imágenes repartidas en una especie de anillo (normalmente se observa un número par de imágenes; cuando son cuatro se llaman cruz de Einstein). Las lentes gravitacionales fuertes dependen de la distribución de materia oscura. Un nuevo paper en Nature Astronomy propone distinguir si los anillos de Einstein que tienen un número impar de imágenes son debidos a una lente gravitacional fuerte cuyo halo de materia oscura contiene WIMPs o axiones.

En concreto, estudian un objeto, una cruz de Einstein, llamada HS 0810+2554. La propuesta del artículo es que su forma (con un número impar de imágenes) se explica mejor con axiones (o en general partículas de materia oscura de muy baja masa comparado con el hidrógeno) que con WIMPs (o en general partículas de materia oscura con una masa mayor que la del hidrógeno). Por supuesto, se trata de un hipótesis apoyada por indicios poco firmes; futuros estudios (basados en nuevas observaciones de esta cruz de Einstein) tendrán que confirmar la conclusión de este artículo. El artículo es Alfred Amruth, Tom Broadhurst, …, Sung Kei Li, «Einstein rings modulated by wavelike dark matter from anomalies in gravitationally lensed images,» Nature Astronomy (20 Apr 2023), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-023-01943-9, arXiv:2304.09895 [astro-ph.CO] (19 Apr 2023).

Gastón también nos cuenta que se ha observado un protocúmulo (protocluster) en el universo temprano gracias al JWST. En la imagen del cúmulo Abell 2744 (z=0.308) se observa este protocúmulo, bautizado A2744-z7p9OD (z = 7.88). Su desplazamiento al rojo ha sido confirma mediante NIRSpec del JWST, es decir, espectrométricamente; las siete galaxias observadas están muy próximas en el cielo (su distancia proyectada es de solo 60 kpc). Se estima que la masa de este protocúmulo (su materia oscura) es ≳4 × 1011 M. Se considera que estas galaxias están formando un sistema ligado porque la dispersión de la velocidad en la línea de visión es de 1100 ± 200 km/s para todas ellas. Usando una relación empírica (válida para cúmulos galácticos cercanos) se estima que la masa actua de A2744-z7p9OD será de ∼2 × 1015 M (obviamente esto es imposible de confirmar pues es imposible de ver en la actualidad este cúmulo), que es comparable al cúmulo de Coma.

A2744-z7p9OD aparenta ser el protocúmulo confirmado por espectrometría con mayor desplazamiento al rojo. Un buen ejemplo de que JWST nos muestra información muy relevante sobre la evolución temprana de las galaxias (z = 7.88 corresponde a un Universo con unos 650 millones de años). El artículo es Takahiro Morishita, Guido Roberts-Borsani, …, Lizhi Xie, «Early Results from GLASS-JWST. XIV. A Spectroscopically Confirmed Protocluster 650 Million Years after the Big Bang,» The Astrophysical Journal Letters 947: L24 (24 Apr 2023), doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/acb99e. Más informacíon divulgativa en «Webb Reveals Early-Universe Prequel to Huge Galaxy Cluster,» JWST News, NASA, 24 Apr 2023.

Hoy Héctor tiene una actividad y no hay Señales de los Oyentes. ¡Qué disfrutes del podcast!



6 Comentarios

  1. Francis, disculpa el fuera de tema. Hace tiempo no aparece un nuevo artículo supongo que estarás de merecidas vacaciones. Me gustaría un análisis sobre estas cuasi partículas, los anyone, qué la empresa Quantinuum dice haber creado. Gracias por tu atención.

    1. Alejol, te refieres a los artículos Google Quantum AI, «Non-Abelian braiding of graph vertices in a superconducting processor,» Nature (11 May 2023), https://www.nature.com/articles/s41586-023-05954-4, y Quantinuum, «Creation of Non-Abelian Topological Order and Anyons on a Trapped-Ion Processor,» arXiv (05 May 2023), https://arxiv.org/abs/2305.03766. En ambos casos se ha simulado un sistema de alones (anyons) trenzados (braided) usando un ordenador cuántico. No es lo mismo simular algo que «crear algo». Obviamente, son trabajos interesantes. A partir de esta semana tengo más tiempo para divulgar, casi seguro escribiré algo al respecto.

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