Te recomiendo disfrutar del episodio 458 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [Acast A, Acast B; iVoox A, iVoox B; iTunes A y iTunes B], titulado “Ep458: Proxima b; LIGO+VIRGO; Sag A*; Neutrinos; Lentes Oscuras», 04 abr 2024. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Cara A: Breve aclaración sobre enanas negras (ep286, p332) (5:00). El entorno de radiación en Proxima b: Rayos cósmicos y partículas energéticas estelares (14:30). El anuncio de que LIGO+VIRGO reanudan observaciones (run 4, O4b) (43:30). Cara B: La nueva imagen de Sgr A* con la polarización de la luz (09:26). IceCube pone cotas a efectos de decoherencia en neutrinos atmosféricos, que se toman como cotas al acoplamiento con la gravedad (57:26). Buscando lentes oscuras en datos de GAIA (1:32:26). Señales de los oyentes (1:53:36). Imagen de portada realizada por Héctor Socas. Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso».

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Como muestra el vídeo participamos por videoconferencia Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro (@pCoffeeBreak), Isabel Cordero @FuturaConjetura, Sara Robisco Cavite @SaraRC83, Iván Martí–Vidal @IMartiVidal (solo cara B), Gastón Giribet @GastonGiribet (solo cara B), y Francis Villatoro @emulenews. Por cierto, agradezco a Manu Pombrol @Manupombrol el nuevo diseño de mi fondo para Zoom. Muchas gracias, Manu.

Tras la presentación de Héctor, nos realiza una breve aclaración sobre enanas negras al hilo del programa de la semana pasada («CB SyR 457,» LCMF, 31 mar 2024). Héctor comenta que en un episodio pasado («CB SyR 286,» LCMF, 25 sep 2020) se habló de las reacciones picnonucleares; en el interior de la enana blanca hay una red cristalina de iones en la que se pueden producir reacciones nucleares espontáneas por efecto túnel. Este proceso acaba conduciendo a que el núcleo de carbono de la estrella acaba transformándose en un núcleo de hierro, que conduce a una estrella de hierro. Este proceso ocurre en escalas de tiempo enorme, 10¹¹⁰⁰ años (aunque no tanto como un googleplex 10¹⁰¹⁰⁰). Comenta Héctor que en este proceso se consumen electrones, con lo que la presión de radiación que sostiene a la estrella se pierde y la enana acaba explotando como una especie de supernova. Pero no sabe qué objeto será el remanente de dicha explosión, pero junto con Isabel sugiere que podría ser una estrella de neutrones. El artículo mencionado era M. E. Caplan, «Black dwarf supernova in the far future,» Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) 497: 4357-4362 (07 August 2020), doi: https://doi.org/10.1093/mnras/staa2262.

Héctor nos cuenta un artículo sobre simulaciones del entorno de radiación en el exoplaneta Proxima Centauri b. La habitabilidad potencial de exoplanetas similares a la Tierra en estrellas de gran actividad, como las enanas rojas, ha sido poco estudiada. En este artículo se estudia el viento estelar (partículas energéticas de la estrella) y los rayos cósmicos galácticos (GCR), ambos mediante modelos magnetohidrodinámicos ab initio en 3D (hasta ahora solo se habían usado modelos 1D con simetría esférica). Se determinan los efectos de la ionización atmosférica y las dosis de radiación recibida por un exoplaneta en una enana roja y, en particular, sobre el exoplaneta Proxima Centauri b.

Las simulaciones para Proxima Centauri indican que su flujo de viento estelar da lugar a grandes GLE (Ground-Level Enhancement) y, además, su campo magnético guía los rayos cósmicos galácticos (GCR) y los dirige al plano de su eclíptica. Al contrario con lo que ocurre con el Sol, en el que el efecto de los GCR es mucho más pequeño que el de los GLE, que no son muy intensos. Pero para un exoplaneta como Proxima Centauri b el efecto conjunto GLE Y GCR es tan intenso que va en contra de la habitabilidad (sobre todo la contribución de los GCR es mucho más significativa de lo que se pensaba).

Pero, seamos cautos, como aclara Héctor, no se pueden extrapolar estos resultados a otras enanas rojas y, además, se han realizado simulaciones teóricas. A pesar de ello, Héctor dice que este artículo es uno más de los muchos que están apuntando a que la habitalidad de los exoplanetas en enanas rojas es mucho más difícil de lo que se pensaba. El artículo proponer un nuevo concepto de habitabilidad exoplanetaria asociado al período de rotación de la estrella anfitriona. El artículo es N. Eugene Engelbrecht, Konstantin Herbst, …, K. D. Moloto, «On the Comprehensive 3D Modeling of the Radiation Environment of Proxima Centauri b: A New Constraint on Habitability?» The Astrophysical Journal 964: 89 (20 Mar 2024), doi: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad2ade.

Por cierto, le pregunta a Héctor sobre la «habitabilidad rotacional», un concepto que él creía que era introducido en este artículo (a partir de su resumen/abstract). Pero parece que no es un concepto introducido en este artículo. Le propongo a Héctor que sea él quien lidere la introducción de este término. Se lo apunta en su lista de cosas por hacer (si encuentra un colaborador experto en simulaciones magnetohidrodinámicas).

Isabel nos anuncia que la Colaboración LIGO+Virgo+Kagra reanudará el 10 de abril sus observaciones; en concreto, la segunda parte del Run 4, llamado Run O4b; el Run O4a fue entre el 24 mayo de 2023 y el 16 de enero de 2024. Empezarán los dos LIGO (Hanford (Washington) y Livingston (Louisiana) en EEUU) y Virgo (cerca de Pisa, Italia). Kagra se unió al Run O4a durante un mes, pero sufrió daños el 1 de enero de 2024 durante el terremoto en la península de Noto (magnitud 7.6 y a 120 km de la localización de KAGRA); se está recuperando de los daños en el túnel, el sistema de vacío y el sistema criogénico; en particular, 9 de los 20 sistemas de suspensión de los espejos necesitan ser reparados. Se espera que Kagra se una al Run O4b a finales de este año.

Isabel nos cuenta que Virgo no pudo intervenir en el Run O4a porque no tenía la sensibilidad suficiente, porque el incremento de la sensibilidad de los LIGO hacía que no pudiera aportar nada relevante. Se ha estado trabajando en cómo mejorar su sensibilidad y se ha logrado muchísimas mejoras en todos los aspectos. Gracias a ello, Virgo podrá realizar observaciones científicas en el Run O4b (con lo que Isa está supercontenta). Se esperan unas 200 ondas gravitacionales en el Run O4 (el Run O4b finalizará en febrero de 2025).

Ahora mismo, en la Colaboración LIGO+Virgo+Kagra se está trabajando en el análisis de las observaciones realizadas durante el Run O4a. En los próximos empezarán a publicarse artículos con el análisis detallado de las observaciones más interesantes. La noticia se publica en español como «Los detectores LIGO y Virgo reanudan la observación de ondas gravitacionales,» Virgo, 03 Apr 2024 (traducción de «LIGO and Virgo detectors restart gravitational wave observation,» Virgo, 03 Apr 2024).

Iván nos cuenta la nueva imagen en polarización de Sgr A* obtenida por EHT (en la imagen comparada con la de M87* de 2021). Ya nos lo contó en Twitter. La Colaboración EHT (Event Horizon Telescope) ha publicado la esperada imagen en polarización de la sombra del agujero negro supermasivo (SMBH) de nuestra galaxia, Sgr A*. El origen de esta polarización son los intensos campos magnéticos generados por el material que cae en el agujero negro (recuerda que Sgr A* no está activo, por ello no tiene un disco de acreción de materia permanente). Estos campos magnéticos son mucho menos intensos en Sgr A* que en M87*, que es un SMBH activo con un gran disco de acreción de materia que genera un enorme chorro relativista. En el caso de Sgr A* no se ha observado ningún chorro relativista, aunque la nueva imagen en polarización sugiere que debería existir (lo que significa que será muy tenue, muy poco intenso). Si no existiera dicho chorro relativista, sería muy difícil explicar la imagen polarizada observada.

Iván nos cuenta que el eje de giro de Sgr A* apunta a unos 30 grados desde la dirección de la Tierra. Y que gracias a la nueva imagen en polarización sabemos que este agujero negro está girando en el sentido de las agujas del reloj en la imagen, es decir, que su momento angular está apuntando en dirección contraria a nosotros (hacia la dirección opuesta a nosotros en la galaxia). Nos destaca Iván que el análisis ha sido muy complicado porque la imagen resultado no se ajusta con ninguno de los modelos teóricos. La razón es la existencia de una rotación de Faraday en toda la imagen; dicho efecto tiene una componente interna y una componente externa debida al velo galáctico (todo lo que hay en la galaxia entre el centro galáctico y nosotros). Suponiendo que toda la rotación de Faraday es externa hay un modelo que ajusta la imagen (si se deshace la rotación de Faraday), así que se podría interpretar como que la interna es muy pequeña. Iván nos comenta que para producir una rotación de Faraday tan pequeña es necesario que Sgr A* sea casi extremal, es decir, que rote por encima del 90 % de la velocidad máxima. Pero se necesitan futuras observaciones a dos frecuencias para separar ambas componentes de la rotación de Faraday.

La sombra de Sgr A* publicada en 2017 tenía forma de anillo con un diámetro de 51.8 ± 2.3 μas cohrerente con un agujero negro con una maa de M ≈ 4 × 10⁶ M⊙ (masas solares). La imagen de la sombra Sgr A* en polarización lineal muestra una polarización fraccional máxima del 40 %. Un detalle relevante sobre esta imagen es que la curvatura de las líneas de campo magnético es, en gran parte, debida a la curvatura del espaciotiempo alrededor de Sgr A*. Por ello, la polarización generada a nivel local por los campos magnéticos puede ser muy diferente a la que observamos. El problema inverso, determinar dicha polarización real a partir de la observada, aún no está resuelto. Se está trabajando en ello.

Esta es la imagen en polarización circular (derecha) comparada con un modelo teórico (izquierda). Iván nos cuenta que la polarización circular es mucho más difícil de analizar que la lineal porque una degeneración en los receptores (que operan en polarización circular, lo que hace que defectos en los detectores se puedan malinterpretar como efectos físicos). ALMA es el único de los radiotelescopios usados que no observa en polarizcación circular; gracia a ello se ha podido separar la polarización circular de la lineal en los otros instrumentos. Ante una pregunta de Gastón sobre la magnitud de los campos magnéticos, Iván nos dice que son unos 20-30 gauss en la fotónesfera que se observa en la imagen, pero que según los modelos teóricos en el horizonte de sucesos será de unos 500 gauss. La imagen es menos espectacular, pero muestra una estructura dipolar a lo largo del anillo, con emisión de polarización circular negativa (región azul) y emisión circular positiva (región roja) en la parte opuesta del anillo. Los valores absolutos máximos son del 5 % al 10 % de los valores para la polarización lineal. Por supuesto, la estructura dipolar en polarización circular es más incierta, pero me parece muy interesante.

Según Iván, el chorro tiene que existir. Los modelos no funcionan si no hay chorro. Gastón pregunta que dónde está el chorro que sugieren la imagen en polarización. Comenta Isabel que quizás no lo vemos porque estamos mirando al centro del chorro (que es un paraboloide en el modelo de Blandford–Znajek) y porque estamos demasiado cerca en la galaxia para poder verlo bien (recuerda que los chorros son mucho más grandes que las galaxias en las que se encuentran). Iván dice que debe ser un chorro muy tenue y muy difuso; quizás se está usando un radiotelescopio con demasiada resolución para ver el chorro y sería necesario un telescopio de menor resolución. Ya se está trabajando en ello usando astronomía de precisión con VLBI (pero por ahora no se ha logrado).

Se han publicado dos artículos: The Event Horizon Telescope Collaboration, «First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VII. Polarization of the Ring,» The Astrophysical Journal Letters 964: L25 (27 Mar 2024), doi: https://10.3847/2041-8213/ad2df0; The Event Horizon Telescope Collaboration, «First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results. VIII. Physical Interpretation of the Polarized Ring,» The Astrophysical Journal Letters 964: L26 (27 Mar 2024), doi: https://10.3847/2041-8213/ad2df1. A nivel divulgativa recomiendo «Un equipo de astrónomos revela la existencia de fuertes campos magnéticos girando en el borde del agujero negro central de la Vía Láctea,» ESO, 27 mar 2024.

Nos comenta Gastón que IceCube pone cotas a los efectos de la decoherencia en neutrinos atmosféricos, que se toman como cotas a su acoplamiento con la gravitación. Las oscilaciones de los neutrinos permiten estudiar efectos cuánticos sobre estas partículas. Si la gravitación cuántica es discreta en la escala de Planck sería de esperar que influyera en la coherencia cuántica asociada a la oscilación de neutrinos. El resultado sería una pérdida de coherencia (un efecto llamado decoherencia); se ha buscado este efecto en los 305 735 neutrinos atmosféricos (muónicos) observados con IceCube con energía en el rango entre 0.5 y 10 TeV. No se ha encontrado ningún indicio de dicha pérdida de decoherencia, lo que permite obtener un límite de exclusión experimental para las interacciones entre los neutrinos y la gravitación cuántica.

Gastón compara la energía de los neutrinos observados, menos de 10 TeV, con la energía de las colisiones protón-protón en el LHC, 14 TeV c.m. Me permito comentar que dicha comparación no es correcta. Los neutrinos de 10 TeV chocan contra núcleos en reposo (relativo) en la atmósfera. Para una comparación fiable hay que suponer que uno de los protones del LHC estuviera en reposo. La fórmula es sencilla, en la colisión simétrica la energía en el centro de masas es s = (2×7 TeV)² = 196 TeV², pero en la colisión contra un objeto de masa M en reposo, la energía E cumple que s ∼ 2 E M (siendo la masa de un protón es M ∼ 1 GeV). Así la energía E del protón del LHC que colisionaría contra un protón en reposo sería de (14 TeV)²/(2 × 1 GeV) = 98 000 TeV ∼ 100 PeV ∼ 10¹⁷ eV. Los neutrinos más energéticos observados en IceCube alcanzan 10²¹ eV (cuatro órdenes de magnitud más energéticos). Una fuente de este tipo de cálculos es Frank E. Taylor, «Comparison of cosmic ray flux at sqrt(s) > 14 TeV with LHC luminosity,»  arXiv:0805.4528 [hep-ex] (29 May 2008), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.0805.4528.

Gastón comenta que se está acotando cualquier fenómeno de decoherencia en el haz de neutrinos gracias a la oscilación de los neutrinos. No hay una referencia directa a la gravitación cuántica. Pero en el artículo se asume que toda la decoherencia sea debida a la gravitación cuántica … Pero según Gastón acotar la decoherencia no implica acotar la gravitación cuátnica … Se trata de una cota muy fuerte a dos modelos, uno que no depende de energía (uno mejora 30 veces ) y otro que depende de energía y otro mejora no acotamos

El límite para el parámetro asociado a esta de decoherencia Γ(E_ν) = Γ₀ (E_ν/E₀)ⁿ, para diferentes potencias n = 0, 1, 2, 3, …  Se ha obtenido es Γ₀ ≤ 1.17 × 10⁻¹⁵ eV, que mejora en un factor de 30 las estimaciones previas. Para limproving upon past limits by a factor of 30. Para los efectos de la decoherencia para n = 2, el caso más interesante pues sesga las teorías de gravitación cuántica que no son invariantes Lorentz, se ha reducido este límite en unos seis órdenes de magnitud. Sin lugar a dudas un avance significativo. El artículo es The IceCube Collaboration, «Search for decoherence from quantum gravity with atmospheric neutrinos,» Nature Physics (26 Mar 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s41567-024-02436-w, arXiv:2308.00105 [hep-ex] (25 Jul 2023).

Nos cuenta Héctor que se están buscando microlentes gravitacionales de fuentes compactas oscuras en datos de Gaia DR3. Se buscan enanas blancas (WD), estrellas de neutrones (NS), agujeros negros (BH) y objetos compactos con el salto de masa (entre la máxima de las NS y la mínima de los BH). En un artículo en arXiv reciente se han observado cuatro candidatos a lentes gravitacionales compactas con probabilidad de inclusión superior al 80 % y otros seis candidatos con probabilidad de exclusión superior al 80 %. En concreto, los más interesantes son los candidatos en el salto de masa: GaiaDR3-ULENS-069, GaiaDR3-ULENS-259 y GaiaDR3-ULENS-259; aunque la incertidumbre en sus masas es alta.

Nos comenta Héctor que Gaia observa la paralaje por microlente: el movimiento de la Tierra alrededor del Sol hace que el objeto compacto que actúa como lente se vea delante de una estrella incrementando su luz. Ajustando la curva de luz se puede estimar la masa de la lente (con cierta incertidumbre debido a cierta degeneración en el cálculo). Dada la masa podemos saber la naturaleza de la lente, si es una enana blanca, una estrella de neutrones o un objeto de mayor masa. En este trabajo se han observado ocho candidatos a enanas blancas y estrellas de neutrones, y dos objetos que parecen estar en el salto de masa (mass-gap) entre las estrellas de neutrones (menos de 2.5 masas solares) y los agujeros negros (más de 5 masas solares). Estos dos objetos en el salto de masa son el aporte más relevante del nuevo artículo.

Comenta Iván si no se puede usar la fotometría de Gaia DR3. Comenta Héctor que Gaia observa en cuatro canales u, g, r, e i, pero por un efecto llamado extinción interestelar no se ha podido usar para confirmar la naturaleza de estos objetos. Se espera que los datos más precisos en el Gaia DR4, que se publicarán, como pronto, a finales de 2025, logren superar este problema y confirmar los candidatos. También se podrán confirmar gracias al Observatorio Vera C. Rubin. Así que habrá que esperar un cierto tiempo para que se confirmen (o refuten) los dos candidatos observados a objetos en el salto de masa. El artículo es K. Kruszyńska, Ł. Wyrzykowski, …, U. Pylypenko, «Dark lens candidates from Gaia Data Release 3,» arXiv:2401.13759 [astro-ph.GA] (24 Jan 2024), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2401.13759.

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Nema pregunta: «¿hay límite a la cantidad de inteligencia?» Obvio responder lo obvio, no lo sabemos. Gastón recoge el guante y nos habla del límite para la información que se puede almacenar en un volumen del espacio. Algo irrelevante para el problema de los límites de la inteligencia. Sara menciona los algoritmos bioinspirados y, entre ellos, los algoritmos genéticos (aunque no entiendo su relaci´no con los límites de la inteligencia).

Cebra pregunta: «¿AdS y dS son espacios vacíos, sin materia?» Gastón contesta que sí, que los espaciotiempos de tipo anti de Sitter (AdS) y de Sitter (dS) son soluciones matemáticas de las ecuaciones de Einstein con simetría máxima (máximamente simétricos) sin materia, con constante cosmológica negativa (AdS) y positiva (dS). Pero dichas soluciones matemáticas también se pueden obtener sin constante cosmológica, cuando se añade alguna fuente de materia (luego ya no serían espaciotiempos vacíos) usando un tensor de energía-momento adecuado; pero aclara que en dicho se remedan (imitan) los espacios AdS y dS.

Javier Benavides pregunta: «¿Es verdad que hay estrellas tan masivas que cuando «explotan» «absorben» toda la radiación y simplemente «desaparecen» del cielo?» Contesta Héctor que no, que lo más parecido son las supernovas que dan lugar a un agujero negro. En las supernovas es expulsan las capas externas al núcleo y el núcleo colapsa formando un agujero negro. Pero no puede ocurrir que dicho agujero negro absorba toda la radiación de las capas externas del núcleo. Menciona que quizás Javier se refiere a las «explosiones en silencio», debidas a un colapso gravitacional directo que acaba en un agujero negro sin pasar por explosión de supernova. Gastón comenta que las estrellas muy, muy masivas pueden explotar como supernovas emitiendo toda su materia, sin que su núcleo llegue a formar un agujero negro (ni ningún otro remanente).

Thomas Villa pregunta: «¿Qué pasa con las formas de vida en entornos con tantas radiaciones…? Se refiere al artículos sobre Proxima b que comentó Héctor, quien contesta que no se sabe qué pasa con dichas potenciales formas de vidas. El artículo que él ha comentado es solo sobre la atmósfera del planeta, si sobrevive o no a la irradiación. Comento ahora que la gran cuestión es si en dicho entorno tan agresivo en cuanto a irradiaciones puede aparecer la vida (pues la irradiación es mayor conforme la enana roja es más joven); intuyo que es imposible que surja la vida en un entorno tan agreste para la vida (al menos para la basada en la bioquímica del carbono como la que conocemos en la Tierra).

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