He participado en el episodio 437 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox A, iVoox B; iTunes A y iTunes B], titulado “Ep437: ORCs; Chicxulub; Betelgeuse; Theia; Espacio-tiempo», 09 nov 2023. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Cara A: La charla de Jose Edelstein con Alan Sokal (5:00). Gas ionizado extenso en Odd Radio Circles (ORCs) (11:00). El invierno global tras el impacto de Chicxulub (49:00). Cara B: Betelgeuse podría haber tragado una estrella (01:00). Restos del impacto que formó la Luna (29:00). Cómo crear un espacio-tiempo artificial en el laboratorio (50:00). Señales de los oyentes (1:24:00). 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 437 cara A.

Descargar el episodio 437 cara B.

Como muestra el vídeo participamos por videoconferencia Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro (@pCoffeeBreak), Ángel López-Sánchez @El_Lobo_Rayado (solo cara A), Mario del Álamo @L_ssar (solo cara A), Gastón Giribet @GastonGiribet (solo cara B), y Francis Villatoro @eMuleNews.

Tras su presentación, Héctor anuncia que hoy es el cumpleaños de Carl Sagan y el Día Internacional de la Astrobiología. También anuncia la charla que Jose Edelstein tendrá con Alan Sokal tras finalizar la grabación del podcast ( «Transfronteirizas, conversas de arte e ciencia»). Sin lugar a dudas será muy interesante; animo a disfrutar del vídeo en YouTube de la grabación.

Nos cuenta Ángel que se ha observado gas ionizado extendido en los círculos de radio inusuales (ORCs por Odd Radio Circles) —las siglas ORC hacen un juego de palabras con orc, es decir, orco en inglés—. Los ORCs son anillos observados en radio, una emisión continua, difusa y tenue que abarca ~1 minuto de arco en el cielo. Los tres primeros ORCs se descubrieron en 2021 en el EMUPS (Evolutionary Map of the Universe Pilot Survey) a una frecuencia de ∼1 GHz usando ASKAP (Australian Square Kilometer Array Pathfinder). Un cuarto ORC (llamado ORC4) fue descubierto por GRMT (Giant MeterWave Radio Telescope) a 325 MHz; otros se han descubierto después gracias a ASKAP y MeerKAT. La emisión de radio parece radiación sincrotrón envejecida y su polarización apunta a una onda de choque en expansión. Pero su origen aún es desconocido.

Las galaxias en el centro de los ORCs tienen desplazamientos al rojo fotométricos de z ~ 0.3-0.6, lo que implica escalas de varios cientos de kilopársecs de diámetro para la emisión de radio. Ángel nos comenta un nuevo artículo que ha determinado el desplazamiento al rojo de la galaxia central de ORC4, z=0.4512 , gracias a KCWI (Keck Cosmic Web Imager). Se estima una masa estelar M∗ de la galaxia con log M∗/M⊙ = 11.27 ± 0.06, con una población estelar envejecida con una edad media de 6.0 ± 1.6 Gyr, sin formación estelar activa; se cree que tiene en su centro un AGN (núcleo galáctico activo). Lo más interesante es que se ha detectado una fuerte emisión en la línea [O II] y una débil emisión de Mg II y [Ne III] en el espectro integrado espacialmente. Esta emisión [OII] está asociada al gas ionizado de la galaxia que está en su centro; su diámetro es de 40 kpc, un orden de magnitud más pequeña que la emisión de radio, y su gradiente de velocidad es de ~200 km/s (∼180 km/s en el centro y hasta ∼250 km/s en los bordes norte y oeste). Todo apunta a una onda de choque extragaláctica de gas ionizado que se mueve alejándose de la galaxia por el impulso del viento galáctico.

Comenta Ángel que las simulaciones con estos supervientos galácticos permiten explicar las observaciones en radio continuo de ORC4. Se espera que estas observaciones permitan desvelar el origen de los ORCs. El artículo es Alison L. Coil, Serena Perrotta, …, Kelly E. Whalen, «Ionized Gas Extended Over 40 kpc in an Odd Radio Circle Host Galaxy,» Nature (Accepted, 16 Oct 2023), arXiv:2310.15162 [astro-ph.GA] (23 Oct 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2310.15162.

Ángel finaliza agradeciendo a Héctor su participación en el 9th Australia-Spain Research Forum, el viernes 3 de noviembre de 2023. En este vídeo de YouTube tienes todas las charlas, siendo la de Héctor la última de todas ellas (puedes ir a la parte final del vídeo, 06:51:00, para ver su charla «An Earth connected to the Universe»).

Mario nos presenta un artículo en Nature Geoscience sobre el invierno global tras el impacto de Chicxulub en el límite Cretácico-Paleógeno (K-Pg) hace 66 millones de años. Este asteroide tenía unos 12 kilómetros de diámetro. Han realizado nuevas simulaciones paleoclimáticas basadas en parámetros obtenidos de sedimentos en el límite K-Pg en Dakota del Norte, Estados Unidos; la novedad de este trabaja es que las simulaciones se han centrado en el penacho (pluma) de polvo fino de silicatos (~0.8–8.0 μm, en el rango de los aerosoles). La simulación durante 20 años ha mostrado que el polvo de silicatos tuvo vida en la atmósfera más larga de lo que inferían simulaciones previas, en concreto unos 15 años, en lugar de unos 7 años. Que la duración sea doble implica una caída del promedio de la temperatura superficial global de hasta 15 °C (mucho mayor de lo que se calculaba antes).

Ya se sabía que los aerosoles, por su pequeño tamaño, se pueden mantener mucho tiempo en la atmósfera, incluso décadas. Pero no se pensaba que en este caso tuvieran un papel tan relevante como el observado en estas simulaciones. En concreto, la oscuridad tuvo una duración de unos dos años (~1.7 años); esta falta de irradiación solar impidió que las plantas (principales productores primarios de los ecosistemas) pudieran realizar la fotosíntesis. Junto con el enfriamiento, el hollín y el azufre, el colapso de la productividad primaria fue catastrófico. Siendo la causa más probable de la extinción masiva en el límite K-Pg. Solo sobrevivieron las plantas capaces de generar semillas y esporas capaces de sobrevivir un periodo tan largo sin fotosíntesis.

Mario nos cuenta que tras esta gran extinción, surgieron las plantas angiospermas. Además, destaca que lo más relevante de estos resultados es que se pueden usar para entender los posibles futuros efectos del cambio climático actual. El artículo es Cem Berk Senel, Pim Kaskes, …, Özgür Karatekin, «Chicxulub impact winter sustained by fine silicate dust,» Nature Geoscience 16: 1033-1040 (30 Oct 2023), doi: https://doi.org/10.1038/s41561-023-01290-4. Más información divulgativa en Josep M. Trigo Rodríguez, «Así fue el letal invierno que siguió al impacto de Chicxulub hace 66 millones de años,» The Conversation, 02 nov 2023.

Gastón nos comenta un artículo en arXiv (enviado a ApJ) estudiando que Betelgeuse podría haber tragado una estrella en sus etapas primigenias. Se presentan simulaciones hidrodinámicas tridimensionales de la fusión entre una estrella gigante roja de 16 M⊙ y una estrella de la secuencia principal de 4 M⊙. En la fase inicial están en corrotación, con lo que hay una transferencia de masa que transforma la gigante roja en supergigante roja. Más tarde, la compañera acaba sumergida en la envoltura de la gigante roja, con un aumento de su velocidad de rotación. Al final se produce su fusión con el núcleo de helio. Según las simulaciones, este proceso acaba con la eyección de unos ∼ 0.6 M⊙.

Lo interesante es que, en ciertas simulaciones, se observa una rotación superficial ecuatorial rápida tras la fusión, similar a la observada en Betelgeuse. Además, la la composición química simulada también es similar a la de Betelgeuse. Por supuesto, en otras simulaciones el resultado es diferente, tanto en velocidad de rotación (más lenta) como en composición química. Este estudio pionero promete ayudar a entender mejor a Betelgeuse. Recomiendo escuchar el audio con la gran explicación de Gastón, que nos aclara que no se sabe si hay alguna relación entre las variaciones de su brillo, pero que este nuevo modelo es sobre el origen de Betelgeuse, no sobre su dinámica oscilatoria actual. El artículo es Sagiv Shiber, Emmanouil Chatzopoulos, …, Juhan Frank, «Betelgeuse as a Merger of a Massive Star with a Companion,» arXiv:2310.14603 [astro-ph.SR] (23 Oct 2023), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2310.14603.

Héctor nos comenta que en el manto de la Tierra debe haber restos del impacto de Theia contra la proto-Tierra que formó la Luna. Estos restos se observan como anomalías del tamaño de continentes en las imágenes sísmicas del interior de la Tierra; se les conoce como grandes provincias de baja velocidad (Large Low-Velocity Provinces, LLVPs) en la parte inferior del manto, sobre el núcleo. El nuevo artículo propone que podrían ser fracciones del manto de Theia (TMM) que se acumularon en el manto de la proto-Tierra. Según las simulaciones de alta resolución con SPH (Smoothed-Particle Hydrodynamics), que no conservan la masa, y con MFM (Meshless Finite Mass), que conserva la masa, estas incrustaciones son entre un 2.0 % y un 3.5 % más densas que el manto de la proto-Tierra (un resultado coherente con el mayor contenido de FeO observado en la Luna). Según los modelos las fracciones TMM con un tamaño de decenas de kilómetros se hunden en el manto y se acumulan para  dar lugar a las LLVPs (que serían consecuencia del impacto entre Theia y la Tierra).

Las nuevas simulaciones SPH y MFM muestran una cantidad significativa de TMM, entre 0.017 y 0.026 masas terrestres (M⊕); dicho valor es compatible con las estimaciones de masa entre 0.01 y 0,06  M⊕ para los LLVP. En la mayoría de las simulaciones, la Luna está compuesta del manto de Theia, con un mayor contenido de FeO (más del 10 % en peso) que en el manto de la Tierra (menos del 8 % en peso); de hecho, se estima que el contenido de FeO en el manto de Theia debe estar entre el 11 % al 40 % en peso. Después del impacto, la masa fundida de los TMM se enfría rápido hasta experimentar una transición reológica. Gracias a la convección del manto se acumulan en la interfaz con el núcleo.

Como siempre, los resultados de estas simulaciones deben ser puestos en contexto. Por muy razonables que nos parezcan solo se trata de una nueva hipótesis que tendrá que ser apoyada por futuras simulaciones y observaciones. Lo que no quita que sea fascinante saber que hay restos de Theia en el interior de la Tierra. El artículo es Qian Yuan, Mingming Li, …, Paul D. Asimow, «Moon-forming impactor as a source of Earth’s basal mantle anomalies,» Nature 623: 95-99 (01 Nov 2023), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06589-1; más información divulgativa en Daniel Lawler, «Huge ‘blobs’ inside Earth are from another planet, study suggests,» Phys.org, 04 Nov 2023.

Gastón nos comenta un artículo en Nature sobre cómo crear un espaciotiempo artificial en el laboratorio. La idea está liderada por la física teórica Monika Schleier-Smith, Universidad de Stanford. El espaciotiempo continuo podría emerger como un holograma de interacciones cuánticas entre unos hipotéticos «átomos cuánticos de espaciotiempo». Estas entidades matemáticas sugieren que el espaciotiempo emerge del entrelazamiento cuántico. Usando láseres se pueden excitar el entrelazamiento entre átomos de rubidio atrapados que simulan la emergencia de un espaciotiempo discreto unidimensional. Como es obvio estos experimentos son simulaciones del modelo matemático, luego en ellos no se crea espaciotiempo, ni nada parecido. Aún así, sus resultados pueden ayudar a interpretar los modelos holográficos y ofrecer nuevas perspectivas sobre la posible naturaleza cuántica del espaciotiempo.

Gastón rescata el artículo gracias a la pieza «A team of physicists works to create space-time in a laboratory», esEuro, 26 Oct 2023. Se hace eco del artículo de Monika Schleier-Smith publicado en Nature en 2021: Avikar Periwal, Eric S. Cooper, …, Monika Schleier-Smith, «Programmable interactions and emergent geometry in an array of atom clouds,» Nature 600: 630-635 (22 Dec 2021), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-021-04156-0, arXiv:2106.04070 [quant-ph] (08 Jun 2021). Sus artículos más recientes son más instrumentales, omitiendo las referencias a la posible emergencia del espaciotiempo, como Jacob A. Hines, Shankari V. Rajagopal, …, Monika Schleier-Smith, «Spin Squeezing by Rydberg Dressing in an Array of Atomic Ensembles,» Phys. Rev. Lett. 131: 063401 (10 Aug 2023), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.063401, arXiv:2303.08805 [quant-ph] (15 Mar 2023).

Gastón aprovecha para comentarnos algunas realizaciones de la idea de emergencia holográfica del espaciotiempo. Menciona artículos de Maldacena de principios de los 2000, así como la dualidad ER = EPR. Hay muchos modelos de juguete de este tipo de ideas holográficas, pero los oyentes deben saber que son especulaciones y que describen espaciotiempos muy diferentes del nuestro.

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Destaca Héctor que Víctor García comenta​: «Las «peleas» mas graciosas eran las de Héctor y Bernabé». Te echamos de menos en el podcast Bernabé.

Cebra pregunta: «¿Hay algún astro que rote en todas direcciones y no en un plano?» Contesta Gastón que un objeto en 3D rota (por definición de rotación) en torno a un eje, luego es una rotación plana para dicho eje. Este resultado está detrás de la conservación del momento angular. Por supuesto, en sistemas físicos en los que el momento angular no se conserva el eje de giro y el plano de rotación pueden cambiar de forma dinámica. Este cambio es habitual es los astros que están formando parte de un grupo. Gastón destaca que en cuatro dimensiones espaciales (como en el teseracto o hipercubo del GIF) las rotaciones no son sobre un eje, sino sobre un plano (un plano rota alrededor de un plano en cuatro dimensiones). Esto afecta a la conservación del momento angular en objetos en cuatro dimensiones espaciales, como agujeros negros en cinco (4+1) dimensiones espaciotemporales.

Teresa Hernández pregunta: «Se ha dicho varias veces que hay agujeros negros con baja densidad, menos que el agua, porque la densidad es inversamente proporcional a la masa. ¿Es así? ¿De qué ecuación sale ese concepto?» Contesta Gastón que el radio del agujero negro es proporcional a su masa (la ecuación es rₛ = 2 G M /c²); como la densidad cambia con el volumen (d ~ 1/r³), un agujero negro de mayor radio y mayor masa, tiene que tener menor densidad. Pero cuidado, la «densidad del agujero negro» no es una densidad de masa, sino una «densidad de energía de curvatura»; el parámetro M en la solución de Schwarzchild representa la «energía de curvatura», pues el agujero negro es espaciotiempo vacío; el concepto de «masa» de un agujero negro es asintótico (se llama masa ADM), la masa equivalente a la energía de curvatura del agujero negro visto desde el infinito (hay otras definiciones de «masa» equivalente para un agujero negro).

Juan Manuel Cruz bromea: ​»Yo he quedado de-rotado con lo de Gastón» (pronuncia de-rotado como «derrotado»).

Cristina Hernández García ​pregunta: «Si se invierte carga, paridad y tiempo, ¿estamos contrayendo el universo y siendo más probables interacciones que eran cada vez menos probables al distanciarse? ¿Y la densidad de energía total?» Contesto que, por el teorema CPT, invertir C, P y T no cambia nada. Nada. Todo es igual, y por supuesto la energía total. Ahora bien, quizás Cristina se refiere a la intervención de Jose Edelstein la semana pasada (sobe violaciones del teorema CPT asociadas a no localidades temporales). Si en un sistema físico solo invertimos CPT en una parte pequeña, obviamente hay cambios y la energía total no se conserva. El teorema CPT solo se aplica a inversiones CPT globales (aplicadas a todo el universo), pues C, P, y T son simetrías discretas (no son simetrías gauge que puedan ser locales o globales).

Javier Benavides pregunta: «En un objeto extragaláctico, ¿cuál es la relación entre z y distancia? ¿Qué z tendría un objeto en el borde del universo observable?» Contesta Gastón que la relación entre distancia (d) y desplazamiento al rojo (z) depende del modelo cosmológico usado; para z << 1, la relación es lineal d(z) = (c / H₀) z, pero la fórmula general es no lineal d(z) = (c / H₀) ∫dz’ / sqrt( ΩΛ + Ωκ (1+z)² +  Ωm (1+z)³ + Ωr (1+z)⁴), donde se incluyen las densidades Ω(z) de energía oscura ΩΛ, de curvatura del espacio Ωκ (que es nula en el ΛCDM), de materia Ωm y de radiación Ωr. Recomiendo consultar un llibro de texto de cosmología para los detalles.

Cristina Hernández García ​comenta: «¿Un debate farandulero de cómo se relacionan las diferentes filosofías con la ciencia y se ven entre sí, se tratan, etc.» Héctor y yo contestamos que nuestro podcast es de ciencia, no de filosofía. Y que ese debate filosofía sería de mi poco interés para nuestros oyentes cientófilos.

Manfred Benito​ pregunta: «Disculpen mi ignorancia. La dualidad de Maldacena está sobre un espacio de curvatura negativa que no corresponde a nuestro universo. ¿La cuántica ahí será también diferente?» Gastón contesta que la física cuántica es única y se aplica la misma física cuántica a espacios de curvatura de diferente signo. Otra cosa son los detalles, es decir, el signo de la curvatura aparece en las fórmulas cuánticas. Pero, per se, la física cuántica es única y la misma en su aplicación a cualquier espaciotiempo.

Cristina Hernandez García pregunta: «Si la materia oscura no se mueve [de forma] relativista y se ajusta a la velocidad de la [materia] bariónica, ¿es posible que haya alguna otra interacción desconocida aparte de la gravedad que las una aún más? «Héctor contesta que no sabemos qué velocidad tiene la materia oscura. Sabemos que la materia oscura está dominada por materia oscura fría porque así lo requiere la formación grandes estructuras en el universo. Pero no sabemos qué velocidad tiene la materia oscura (de hecho, cada candidato tiene una masa diferente y una temperatura diferente, con lo que tiene una velocidad diferente). Comenta que se está estudiando el centro de galaxias enanas (ultradifusas) con objeto de estimar la temperatura de la materia oscura. Comento que la mayoría de los candidatos a materia oscura (WIMP, partículas tipo axión, etc.) implican la existencia de nuevas interacciones (supersimetría, nuevas simetrías gauge, etc.).

Lorenzo Escartín pregunta: «¿Cómo se calculan esos 20 segundos?» Se refiere a un comentario de Gastón sobre el tiempo que tarda en ser alcanzada la singularidad de un agujero negro de la masa de Sgr A* (cuatro millones de masas solares) tras entrar en el horizonte de sucesos. Contesta Gastón que basta calcular el tiempo propio total para la geodésica que conecta la singularidad con el horizonte de sucesos. El cálculo es sencillo para un agujero negro de Schwarzchild, resultando π M (fórmula fácil de recordar); para calcularlo uso la expresión usual π G M/c³, que se puede aproximar por ~ 3.1 × 6.7 × 10⁻¹¹ m³/kg/s² × 4 × 10⁶ × 2 × 10³⁰ kg / (27 × 10²⁴ m³/s³) ~ 60 s. Gastón recuerda 20 segundos, es decir, M segundos; creo que Gastón no tuvo en cuenta el factor π.

¡Que disfrutes del podcast!