Podcast CB SyR 428: Homínidos en peligro de extinción, agujeros negros supermasivos y CNEOS14 como meteoro interestelar IM1

Por Francisco R. Villatoro, el 8 septiembre, 2023. Categoría(s): Astrofísica • Ciencia • Física • Noticias • Personajes • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 4

He participado en el episodio 428 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox AiVoox BiTunes A y iTunes B], titulado “Ep428: Cuello de Botella; Meteoro Interestelar; Agujeros Negros; AGNs», 07 sep 2023. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Cara A: Cuando fuimos una especie en peligro de extinción, hace casi un millón de años (min 13:00). Cara B: Observaciones del disco de acreción de un agujero negro supermasivo (min 1:00); El JWST ve menos AGNs de los esperables en el universo joven (14:00); La polémica sobre el meteoro interestelar IM1 y la expedición de Avi Loeb (27:00). Imagen de portada realizada por Héctor con Midjourney. «Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso».

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Descargar el episodio 428 A.

Descargar el episodio 428 B.

Como muestra el vídeo participamos por videoconferencia Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro (@pCoffeeBreak), Alberto Aparici @cienciabrujula, Gastón Giribet @GastonGiribet (cara B) y Francis Villatoro @emulenews.

Tras la presentación, Héctor nos recuerda que ya se puede votar para elegir el mejor podcast del público 2023 de ASESPOD (https://www.asespod.org/mejor-podcast-del-publico-2023/). Además, si tienes un podcast que se difunde vía iVoox, no olvides inscribirlo en los Premios iVoox 2023 (nosotros lo haremos en la categoría de Ciencia). Cuando se abran las votaciones ya informaremos.

Nos pregunta Alberto, ¿se redujo la humanidad a unos 1280 individuos reproductores hace entre 930 000 y 813 000 años? Así lo afirma un artículo publicado en la revista Science, aunque otro artículo en Journal of Mediterranean Earth Sciences propone que solo ocurrió en África. Lo fascinantes del artículo en Science es que la existencia de un cuello de botella poblacional se extrae de un análisis de 3154 genomas humanos modernos (de 10 poblaciones africanas y 40 poblaciones no africanas). Para ello se usa una nueva técnica de reloj molecular llamada FitCoal (fast infinitesimal time coalescent process). Se usan las huellas en el espectro de frecuencia de sitios (SFS) en secuencias genómicas para estimar las tasas de coalescencia poblacional. Una SFS es un grupo de mutaciones; la nueva técnica requiere una selección previa de las SFS más estables (que han cambiado menos), que permiten explorar tiempos más lejanos.

El algoritmo de inferencia demográfica FitCoal se ilustra en esta figura. La idea es que en la actualidad tenemos un grupo homogéneo de individuos con ciertas mutaciones. La hipótesis del reloj molecular asume que las mutaciones ocurren en promedio a un ritmo constante. FitCoal simula con pasos de tiempo Δt hacia el pasado el proceso aleatorio de ocurrencia de estas mutaciones (con alta probabilidad no ocurre ninguna mutación); las mutaciones van determinando diferentes grupos de individuos. Que se evolucionan hacia el pasado. Estos grupos crecen y decrecen en tamaño.

Sin entrar en los detalles técnicos, solo comentaré que se ha validado con datos simulados. Indican que FitCoal puede distinguir entre cambios instantáneos y exponenciales en la poblaciones del pasado. Por supuesto, la clave es la selección de las SFS más estables (lo que introduce cierto sesgo en el análisis). En cualquier caso, el resultado obtenido es que hubo un severo cuello de botella en las poblaciones africanas que persistió durante 117 mil años, desde hace 930 ± 23 hasta 813 ± 11 mil años antes del presente. El tamaño promedio de la población efectiva (el número de individuos reproductores) durante el cuello de botella es de 1280 ± 131 (Héctor destaca que es un número más preciso de la cuenta, ya que el rango estimado a dos sigmas es entre 770 y 2030), que se estima en un 1.3 % de su tamaño ancestral (98130 ± 8720). Se estima que se perdió el 66 % de la diversidad genética humana actual. [PS 08 sep 2023] Por cierto, un individuo reproductor es una persona con capacidad para reproducirse y transmitir sus genes, es decir, una pareja de personas; por tanto, mil individuos reproductores significa varios miles personas, entre niños, adolescentes, jóvenes, adultos y ancianos [/PS].

Destaca Alberto que este modelo tiene el (aparente) problema de que genera cambios bruscos en la población, de un valor constante hacia otro valor constante, y comportamiento exponencial (creciente y decreciente). Obviamente, que en cientos de miles de años se haya mantenido constante la población y que en muy poco tiempo cambie a otro valor constante es algo inesperado y sospechoso. Comento que hay que esperar a que repliquen los resultados de este estudio por otros grupos de investigación; ya veremos si sus resultados son reproducidos o hay grandes diferencias. Por ello, hay que tener mucho cuidado con asumir como ciertas las conclusiones de este estudio.

El severo cuello de botella en la transición del Pleistoceno Temprano al Medio se ha detectado en las 10 poblaciones africanas estudiadas, pero solo se ha detectado una señal débil en las 40 poblaciones no africanas. Aunque, como comenta Alberto, si se simula en estos genomas desde hace 500 mil hasta 1 millón de años, se obtiene también el cuello de botella alrededor de las mismas fechas. Algo realmente sorprendente. Asumiendo que el cuello de botella ocurrió, se tuvo que perder alrededor del 98.7 % de los ancestros humanos, amenazando su extinción. Una población de 1280 individuos reproductores es comparable a la de mamíferos en peligro de extinción. La causa de la reducción del tamaño de la población podría haber sido causada por cambios climáticos durante la transición del Pleistoceno Temprano al Medio (el llamado «evento de 0.9 Ma», millones de años); las glaciaciones pasaron de eventos a corto plazo a eventos a largo plazo con un pico de mayor intensidad térmica.

El cuello de botella podría explicar la extrema escasez del registro fósil de homínidos disponibles en África y Eurasia entre hace 950 y 650 miles de años. Presentan características similares a las de fósiles posteriores atribuidos a Homo heidelbergensis, siendo diferentes del coetáneo Homo antecessor de Atapuerca (Gran Dolina). En Asia Oriental el registro fósil es de Homo erectus; no parecen relacionados con el cuello de botella severo. Además, se cree que dos cromosomas ancestrales se fusionaron para formar el cromosoma 2 en humanos alrededor de hace 900 a 740 ma (miles de años).

Por supuesto, el cuello de botella debe ser contrastado con la evidencia fósil. Habrá que esperar a futuros estudios en esta línea. El artículo es Wangjie Hu, Ziqian Hao, …, Haipeng Li, «Genomic inference of a severe human bottleneck during the Early to Middle Pleistocene transition,» Science 381: 979-984 (31 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.1126/science.abq7487, bioRxiv 444351 (18 May 2021), https://doi.org/10.1101/2021.05.16.444351; más información divulgativa en Nick Ashton, Chris Stringer, «Did our ancestors nearly die out? Genetic analyses suggest an ancient human population crash 900,000 years ago,» Science 381: 947-948 (31 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.1126/science.adj9484; y Anna Ikarashi, «Human ancestors nearly went extinct 900,000 years ago. A new technique analysing modern genetic data suggests that pre-humans survived in a group of only 1,280 individuals,» News, Nature (31 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-02712-4. Otro artículo sobre este tema es Fabio Di Vincenzo, Giorgio Manzi, «Homo heidelbergensis as the Middle Pleistocene common ancestor of Denisovans, Neanderthals and modern humans,» Journal of Mediterranean Earth Sciences 15 (10 Jul 2023), doi: https://doi.org/10.13133/2280-6148/18074.

Nos cuenta Gastón que se han realizado observaciones de la región del borde exterior de un agujero negro supermasivo (o mejor dicho, un núcleo galáctico activo). Se publica en ApJL (Astrophysical Journal Letters) la observación de dos picos de emisión en el infrarrojo cercano en el núcleo galáctico activo de la galaxia Seyfert 1 llamada III Zw 002, con z = 0.89, usando el telescopio Gemini North, del Observatorio Internacional Gemini, operado por el NOIRLab de la NSF (EEUU). Las líneas de emisión son delgadas, pero en el disco de acreción se ensanchan. La presencia de un disco de acreción se puede encontrar gracias a un patrón en las líneas de emisión anchas,  llamado perfil de doble pico (debido a que el disco en un lado se aleja del observador, mientras que en el otro lado se acerca). Así la línea de emisión ensanchada presenta dos picos distintos, uno de cada lado del disco. La primera observación de este fenómeno usando infrarrojo cercano. Se considera una evidencia del proceso de acreción de materia en un agujero negro supermasivo.

Por cierto, comenta Héctor y ratifica Gastón, que esta ilustración artística está mal porque parece ilustrar que el desplazamiento al azul y al rojo corresponde a lo más próximo y más lejano del disco respecto al observador. La velocidad radial (en dirección al observador) es mayor y menor respecto al observador a ambos lados del disco. Además, Gastón comenta que hay dos líneas dobles observadas (Pα del hidrógeno y OI del oxígeno). La ilustración es muy mala… pero es muy atractiva, por eso la incluyo aquí). Recuerda Héctor que las series de líneas de emisión del hidrógeno son la serie de Lyman (Lyman-α está en el utravioleta), saltos al nivel 1 desde los superiores, la serie de Balmer (la primera es Hα que está en el visible), saltos al nivel 2 desde los superiores, la serie de Paschen (Pα), saltos al nivel 3 desde los superiores, la serie de Bracket y la serie de Pfund (hay infinitas, pero son menos relevantes en aplicaciones).

El modelo teórico de la observación indica que la línea de Paschen-alfa (Pα) se origina a un radio de 16.77 días-luz  y la línea de OI se origina a un radio de 18.86 días-luz. También predice que el radio externo de la región de líneas anchas es de 52.43 días-luz. El modelo estima que la región de líneas anchas del disco de acreción de III Zw 002 tiene un ángulo de inclinación de 18 grados con respecto a los observadores en la Tierra, y el agujero negro supermasivo en su centro tiene una masa de entre 400 y 900 millones de masas solares. En el futuro se estudiarán cómo cambian los perfiles de doble pico observados con el tiempo. El artículo es Denimara Dias dos Santos, Alberto Rodríguez-Ardila, …, Murilo Marinello, «First Observation of a Double-peaked O i Emission in the Near-infrared Spectrum of an Active Galaxy,» The Astrophysical Journal Letters 953: L3 (08 Aug 2023) , doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ace974; una nota de prensa en Josie Fenske (NSF’s NOIRLab), «First observations ever of the outskirts of a supermassive black hole’s accretion disk,» Phys.org, 25 Aug 2023.

Gastón también nos comenta las observaciones del JWST con MIRI en el proyecto CEERS, que apuntan a que la cantidad de AGNs en el universo joven es menor del esperado. El proyecto CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science) publica este artículo liderado por Allison Kirkpatrick, Universidad de Kansas, que estudia la llamada Banda Extendida de Groth, ubicada entre las constelaciones de la Osa Mayor y el Boyero (Bootes). Ella esperaba encontrar un mayor número de AGN de los que había encontrado el Telescopio Espacial Spitzer. Sin embargo, el JWST ha encontrado muy pocos nuevos AGN en dicha región. Se interpreta que, para desplazamiento al rojo entre 1 y 2, es decir, hace entre 7 y 10 mil millones de años, hay menos AGN de los que estiman los modelos teóricos. Los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias crecen a un ritmo más lento de lo que se pensaba. El artículo es Allison Kirkpatrick, Guang Yang, …, L. Y. Aaron Yung, «CEERS Key Paper VII: JWST/MIRI Reveals a Faint Population of Galaxies at Cosmic Noon Unseen by Spitzer,» arXiv:2308.09750 [astro-ph.GA] (18 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.09750; una nota de prensa en Brendan M. Lynch, «James Webb Space Telescope survey reveals fewer supermassive black holes than presumed,» Phys.org, 23 Aug 2023.

A petición popular, Héctor nos habla del controvertido meteoro ¿interestelar? IM1 (CNEOS14). Avi Loeb, como siempre, en lugar de recurrir a los expertos, se ha comportado como Juan Palomo, yo me lo guiso, yo me lo como. Ha montado una expedición para explorar con un trineo con imanes el fondo marino en busca de restos del bólido CNEOS 2014-01-08 (IM1); un área de 0.26 kilómetros cuadrados a unos 85 km al norte de la isla Manus, en Papua Nueva Guinea. Ha recogido unas 700 esférulas con diámetros entre 0.05 y 1.3 milímetros en nuestras muestras; se han analizado 57. El sesgo de confirmación acompaña siempre a Loeb; así que es de esperar que la espectrometría de masas de 47 esférulas muestre un patrón de abundancia de elementos que apunte a origen extrasolar, al menos en 5 esférulas (el resto parece tener origen en el sistema solar). Las 5 esférulas muestran un exceso de Be, La y U, de hasta tres órdenes de magnitud en relación con el estándar del sistema solar para los condritas. Estas esfñérulas tipo «BeLaU», nunca antes vistas, son interpretadas por Loeb como resultado del calentamiento del bólido en su paso por la atmósfera. Las relaciones isotópicas ⁵⁷Fe/⁵⁴Fe y ⁵⁶Fe/⁵⁴Fe son consistentes con la pérdida por evaporación de los isótopos ligeros en el paso por la atmósfera. Los resultados se han publicado en el artículo de Abraham Loeb, Toby Adamson, …, Jeff Wynn, «Discovery of Spherules of Likely Extrasolar Composition in the Pacific Ocean Site of the CNEOS 2014-01-08 (IM1) Bolide,» arXiv:2308.15623 [astro-ph.EP] (29 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2308.15623.

Según Loeb las esférulas BeLaU son una prueba de que CNEOS14 es interestelar. Por desgracia, los expertos no opinan lo mismo (como Steve Desch @Deschscoveries). En su opinión, Loeb debería haber explorado el fondo oceánico a unos 100 km de distancia (un control obvio para este tipo de estudios); con toda seguridad hubiera encontrado el mismo tipo de esférulas. No se puede descartar que la fuente de las esférulas sean micrometeoritos comunes del Sistema Solar. Su composición anómala sería debido a la geoquímica, la reacción con la sal del agua del mar, actuando durante decenas de miles de años.

Desch opina que casi seguro que CNEOS14 no es interestelar (opinión que no convence a Héctor, que opina lo contrario). Un artículo reciente ha estimado que las barras de error en su velocidad de CNEOS14 son de ±20 km/s, que para una candidato a objeto interestelar con una velocidad estimada de 60 km/s significaría que bien podría tener una velocidad inferior a 41 km/s (la velocidad de escape del Sistema Solar a la distancia de la Tierra) con una probabilidad baja, pero no desdeñable; esto lo han publicado Peter G. Brown, Jiří Borovička, «On the Proposed Interstellar Origin of the USG 20140108 Fireball,» The Astrophysical Journal 953: 167 (16 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ace421arXiv:2306.14267 [astro-ph.EP] (25 Jun 2023). Además, Desch recurre a estimaciones teóricas que apuntan a que un meteorito que entrase en la atmósfera a unos 45 km/s se habría quemado en un 99.9999 % (algo que Loeb y Siraj ignoran o quieren ignorar).

Héctor no comparte las conclusiones de Borovička. Así que ha realizado su propio análisis de los datos que aportan, que contradicen los del artículo. Según sus cálculos sería interestelar en el 95 % de los casos (solo en un mísero 5 % sería del sistema solar). Héctor opina que los cálculos el análisis estadístico del artículo de Brown y Borovička es incorrecto y no comprende cómo en la revisión por pares no ha sido cuestionado. Según Héctor, su análisis apunta a que CNEOS14 es un objeto «raro» y quizás lo sea porque viene de fuera del sistema solar. Héctor defiende sus propios sesgos (y muestra cierto encono hacia Borovička).

Desch destaca que el lecho marino está lleno de esferas cósmicas de las últimos decenas de miles de años. Las cinco esferas BeLaU de Loeb muestran grandes excesos de Th, U, La, Nb, Ce, Ba, y deficiencias en Co, Zn, en comparación con el material de referencia.

Esta figura muestra el análisis de esférulas de condritas normales recopiladas del fondo del Océano Índico (en concreto esférulas escoriáceas del tipo S). Muestran grandes excesos de Th, U, La, Nb, Ce, Ba, y deficiencias en Co, Zn (como las de Loeb de supuesto origen interestelar). Esta figura es del artículo es M. Shyam Prasad, N. G. Rudraswami, …, T. Vijaya Kumar, «Ordinary chondritic micrometeorites from the Indian Ocean,» Meteoritics & Planetary Science 50: 1013–1031 (2015), doi: https://doi.org/10.1111/maps.12451. Estas composiciones son debidas a las reacciones de las esférulas con el sal del agua marina y con los sedimentos (que contienen estos elementos). Las esférulas de Loeb han estado en el lecho marino durante decenas de miles de años. Se esperaría que las esférulas de otro sistema solar tengan cocientes de isótopos de Fe muy diferentes a los observados por Loeb. Todo apunta a que son materiales del sistema solar. Loeb necesita aprender de los expertos que llevan estudiado estas cosas durante décadas. Pero solo busca el sensacionalismo. Así no funciona la ciencia.

Como nos comenta Héctor, la trayectoria de reentrada estimada por Loeb a partir de datos de sismógrafos tiene mucha incertidumbre, como muestra esta figura a la derecha (Amir Siraj, Abraham Loeb, «Localizing The First Interstellar Meteor With Seismometer Data,» arXiv:2303.07357 [astro-ph.EP] (13 Mar 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2303.07357). Con tanto error, la búsqueda en el lecho marino ha encontrado esférulas nomales en dicho lugar, en lugar de restos de este bólido. La controversia está servida; como buen ejemplo, Daniel Clery, Paul Voosen, «Did interstellar debris fall to the sea floor? Claim meets sea of doubt. Controversial astrophysicist says metallic spheres are alien, but others say it is “nonsense”,» News, Science, 30 Aug 2023.

Dejamos Señales de los Oyentes para la semana próxima. ¡Qué disfrutes del podcast!



4 Comentarios

  1. Entiendo que Avi Loeb es sensacionalista, pero al menos hizo un experimento. Y es criticado por quienes no los hacen. Se trata de Fisica, y sin experimentos, solo hay teoria.

    1. Alejol9, si realizas un experimento, que sea usando la metodología adecuada. Cualquier cosa que parezca un «experimento» no es un experimento científico bien diseñado y cuyos resultados sean confiables. Cuando un teórico diseña un experimento sin consultar con los expertos en dichos experimentos, suele ser habitual que se limite a malgastar recursos. En este caso, Loeb estaba más interesado en contar la historia de su experimento en su libro «Interstellar» que en aportar conocimiento científico.

        1. Cierto, Alejol9, pues el berilio (y otros elementos de baja molecular) no se suelen estudiar en la composición de los micrometeoritos. El berilio suele ser muy abundante en los micrometeoritos porque es un elemnento refractario, resistente a la ablación atmosférica. Los pocos estudios sobre el berilio en micrometeoritos se centran en el cociente ¹⁰Be/⁹9Be, que Loeb et al. no estudia en su artículo.

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