Te recomiendo disfrutar del episodio 466 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox A, iVoox B; iTunes A y iTunes B], titulado “Ep466: Nilo y Pirámides; Jim Simons; Superbólido Ibérico; Cygnus-X; Cuásars», 30 may 2024. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. Cara A: Estaremos en Valencia el 6/7, Festival OWN (3:00). Obituario de Jim Simons (7:00). Cara B: El superbólido ibérico (España y Portugal) y la probabilidad de que CNEOS14 sea interestelar (00:02). El ramal perdido del Nilo y la construcción de las pirámides egipcias (26:28). Rayos gamma (cósmicos) de más de PeV provenientes de Cygnus (1:02:58). Masa de agujeros negros supermasivos en cuásares de entre 6 y 7, usando el JWST (1:19:58). Señales de los oyentes (1:31:58). 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), María Ribes Lafoz @Neferchitty (solo cara B), José Edelstein @JoseEdelstein, Gastón Giribet @GastonGiribet (solo cara B), y Francis Villatoro @eMuleNews (solo cara A). Por cierto, agradezco a Manu Pombrol @ManuPombrol el nuevo diseño de mi fondo para Zoom. Muchas gracias, Manu.

Tras la presentación, Héctor nos recuerda que estaremos en Valencia el sábado 6 de julio a las 15:00 horas en el Festival OWN (Open World Now), https://www.openworldnow.com/. El código de descuento es «SEÑAL10» para comprar las entradas con un 10 % de descuento.

José nos ofrece un breve obituario de Jim Simons, el genio de las matemáticas que conquistó los mercados financieros y se transformó en un gran filántropo (al hilo de «Jim Simons, Math Genius Who Conquered Wall Street, Dies at 86,» New York Times, 10 May 2024). James H. Simons falleció el 10 de mayo de 2024 a los 86 años, con una fortuna estimada de 31 millardos de dólares (en el puesto 51 entre los ricos). Simons trabajó en geometría y topología (ya en su tesis doctoral en 1962 trabajó en la clasificación de grupos de holonomía de variedades riemannianas). Pero su trabajo más famoso son los invariantes de Chern–Simmons (1974), junto a Shiing-Shen Chern (1911–2004). Estas formas se usan en teoría cuántica de campos topológica y en teoría de cuerdas. En 1978 abandonó la investigación en matemáticas para fundar el fondo de inversión Renaissance Technologies, que presume de usar métodos cuantitativos basados en modelos y algoritmos matemáticos (recomiendo la biografía de Gregory Zuckerman, «The Man Who Solved the Market: How Jim Simons Launched the Quant Revolution,» (2019), centrada en su vida financiera).

Jose nos explica la forma de Chern–Simons desde el punto de vista de la Física. El mecanismo de Higgs funciona en 3+1 = 4 dimensiones en el modelo estándar, pero en 2+1 = 3 dimensiones (y en dimensiones impares) ocurre algo especial: se puede dar masa al bosón gauge sin romper la simetría gracias a un término llamado de Chern–Simons, que se añade al término de Yang–Mills de toda teoría gauge. Hay muchos sistemas bidimensionales en física del estado sólido donde se puede aplicar dicho mecanismo (por ejemplo, en los vórtices en materiales, el flujo magnético está cuantizado por el término de hern–Simons). El término de Chern–Simons es topológico, de ahí que se llame teoría cuántica topológica de campos. Dicho término aparece en el bortde de un espacio AdS, por ello aparece en la dualidad AdS/CFT de Maldacena.

Nos cuenta Jose que el término de Chern–Simons aparece en teoría de cuerdas, cuando se usan D-branas con dimensiones impares (2+1, 4+1, 6+1, 8+1). Nos confiesa que su director de tesis era experto en este tema y que sus primeros artículos científicos fueron sobre este tema (destaca J.D. Edelstein, F.A. Schaposnik, «Monopoles in non-abelian Chern-Simons-Higgs theory,» Nuclear Physics B 425: 137-149 (22 Aug 1994), doi:
https://doi.org/10.1016/0550-3213(94)90175-9; José D. Edelstein, «Self-dual solitons in N=2 supersymmetric semilocal Chern–Simons Theory,» Modern Physics Letters A 13: 1689-1697 (1998), doi: https://doi.org/10.1142/S0217732398001765). Nos comenta Witten demostró que la teoría de la gravitación en 2+1 dimensiones es una teoría de Chern–Simons, algo sorprendente, porque esto permite cuantizar dicha teoría de una manera muy sencilla.

Simons y su mujer fundaron la Fundación Simons en 1994, como organización benéfica. Dicha fundación es clave en la financiación de arXiv (Kat Boboris, «arXiv receives $10 million in gifts and grants from Simons Foundation and National Science Foundation,» arXiv, 20 Oct 2023) y publica la revista de divulgación científica Quanta Magazine desde 2012.

Héctor nos comenta que ya se ha publicado un primer artículo sobre el superbólido ibérico (España y Portugal) y sobre su nuevo artículo con la probabilidad de que CNEOS14 sea interestelar. El superbólido del 18 de mayo de 2024 atravesó la Península Ibérica cayendo sobre el Océano Atlántico. Un meteoroide carbonoso de 89.8±0.4 cm, con una densidad de 1660 kg/m³, entró en la atmósfera a 41.6 km/s con un ángulo de 10,9°. Emitió luz desde los 138 km de altura hasta los 54 km de altura. Su órbita heliocéntrica tenía una inclinación de 15.4°, una alta excentricidad de 0.965, un semieje mayor de 3 UA y una distancia de perihelio corta de 0.11 UA. Hay una concordancia buena con un objeto de CNEOS (Centro de Estudios de Objetos Cercanos a la Tierra) llamado SPMN180524F, como muestra la figura. Todo apunta que tiene una composición similar a Bennu. El artículo es Eloy Peña-Asensio, …, Josep M. Trigo-Rodríguez, …, Rainer Kresken, «The 18 May 2024 superbolide over the Iberian Peninsula: USG space sensors and ground-based independent observations,» arXiv:2405.15024 [astro-ph.EP] (23 May 2024), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.15024.

La concordancia con un objeto de CNEOS permite que Héctor mejore su estimación sobre las incertidumbres en los datos de este catálogo. Gracias a ello se estima que el superbólido CNEOS 2014-01-08 (CNEOS14) era un objeto interestelar con una certeza del 94.1 % (inferior al 99.7 % de confianza, 3 sigmas, que requiere un descubrimiento científico). El tema de las incertidumbres de los datos de CNEOS es controvertido, pues penaliza la confianza en su base de datos. Haber detectado el nuevo superbólido en dicha base de datos permite mejorar las estimaciones previas para los errores en velocidad de CNEOS14. El artículo es Hector Socas-Navarro, «How likely is the interstellar origin of CNEOS14? On the reliability of the CNEOS database,» arXiv:2405.17219 [astro-ph.EP] (27 May 2024), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2405.17219.

Nos cuenta María que se ha reconstruido el brazo (o ramal) perdido del Nilo, asociado a la construcción de las pirámides egipcias. Hay 31 pirámides egipcias (incluida la famosa Gran Pirámide de Giza) en una franja a varios kilómetros al oeste del río Nilo. Se publica en Communications Earth & Environment que por allí pasaba un brazo del Nilo, que ahora ha desaparecido. Se interpreta que permitió el transporte a los trabajadores y sus materiales. Se ha descubierto usando imágenes satelitales, datos de elevación digitales de alta resolución y mapas históricos. El llamado brazo de Ahramat pasaría muy cerca de las pirámides construidas durante el Reino Antiguo (2700–2200 a.e.c.) y el Reino Medio (2050–1650 a.e.c.). Se estima que este brazo, que tuvo agua entre 2649–1540 a.e.c., tenía entre dos y ocho metros de profundidad y entre 200 y 700 metros de ancho; pero ahora está seco y se encuentra entre 2.5 y 10.25 kilómetros al oeste del actual río Nilo. El estudio propone que el desplazamiento del brazo fue gradual, hasta la situación actual, debido al cambio del clima.

El artículo es Eman Ghoneim, Timothy J. Ralph, …, Mohamed S. Fathy, «The Egyptian pyramid chain was built along the now abandoned Ahramat Nile Branch,» Communications Earth & Environment 5: 233 (16 May 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s43247-024-01379-7; más información divulgativa en Timothy J. Ralph, Eman Ghoneim, Suzanne Onstine, «We mapped a lost branch of the Nile River – which may be the key to a longstanding mystery of the pyramids,» The Conversation, 16 May 2024.

Nos cuenta Gastón que se han observado rayos gamma (cósmicos) en la escala PeV provenientes del microcuásar Cygnus X-3. El observatorio de rayos cósmicos LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory) cubre un área de 145 hectáreas desde una altura de 4410 metros en Daocheng (Sichuan), China, y toma datos desde 2019. Ahora publica que se ha detectado una burbuja de rayos gamma de ultraalta energía (UHE) de hasta al menos 10 PeV (petaelectrónvoltios) en dirección de la región de formación estelar Cygnus X. El flujo observado presenta una serie de puntos calientes correlacionados con nubes de formación estelar, destacando los de Cygnus OB2 y el microcuásar Cygnus X-3. El artículo es LHAASO Collaboration, «An ultrahigh-energy 𝛾-ray bubble powered by a super PeVatron,» Science Bulletin 69: 449-457 (26 Feb 2024), doi: https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.12.040.

Gastón también nos describe un estudio sobre la masa de los agujeros negros supermasivos en cuásares con desplazamiento al rojo z entre 6 y 7, observados usando el JWST. Los cuásares se encuentran en galaxias con núcleos galácticos activos que albergan agujeros negros supermasivos. Las observaciones de NIRCam del JWST de las galaxias anfitrionas de cuásares para seis cuásares con 5.9 < z < 7.1 en el proyecto EIGER (Emission-line galaxies and Intergalactic Gas in the Epoch of Reionization). La fotometría en las bandas F115W, F200W y F356W, y la espectroscopia en la banda F356W, permiten ajustar la morfología de las galaxias a un modelo teórico y con ello estimar la masa del agujero negro central. El resultado sugiere que las seis galaxias anfitrionas tienen masas estelares de M ≳ 10¹⁰ M_⊙, lo que permite estimar el cociente con la masa del agujero negro en M_BH/M ∼ 0.15, que es más alto de lo observado en cuásares mucho más cercanos. Este resultado se interpreta como resultado de la coevolución entre galaxias y agujeros negros. El artículo es Minghao Yue, Anna-Christina Eilers, …, Rohan P. Naidu, «EIGER. V. Characterizing the Host Galaxies of Luminous Quasars at z ≳ 6,» The Astrophysical Journal 966: 176 (06 May 2024), doi: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ad3914.

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Javier Benavides pregunta: «¿Todas las galaxias fueron cuásares al principio de su historia?» Héctor responde que no sabemos con seguridad, pues todas las que podemos ver lo fueron. Gastón dice que las galaxias difusas y las enanas casi seguro que no lo fueron, pero que las grandes galaxias casi seguro que sí. Héctor dice que se observa con coevolución entre los agujeros negros supermasivos y las galaxias, estando dominando la primera fase de la evolución galáctica por una fase de gran actividad del agujero negro, que se observa como un cuásar.

Gabriel Osorio recuerda «a la galaxia Nube». Héctor dice que hablamos de ella en el episodio 439 (LCMF, 24 nov 2023). Mireia Montes y Nacho Trujillo yla descubrieron y habrá nuevos resultados pronto de los que hablaremos en el podcast.

Lorenzo Escartín pregunta: «¿Se puede reconstruir una cascada de radiación Cherenkov?» Héctor dice que cree que sí, pero solo con cierto nivel de detalle. Así es que como funcionan telescopios Cherenkov como MAGIC. Me permito contestar ahora que no, solo se puede saber qué tipo de partícula la produjo (en algunos casos), pero no se puede reconstruir en detalle toda la cascada (que puede implicar cientos o incluso miles de partículas).

Víctor Sanguino pregunta: «Muchas veces hablamos de efectos perturbativos y no perturbativos, ¿podéis explicar lo que significa?» Gastón dice que en un sistema físico general (la teoría cuántica de campos es un caso particular) se puede escribir el efecto de un parámetro sobre una solución independiente de dicho parámetro como una serie de potencias crecientes en dicho parámetro; esto se llama desarrollo perturbativo porque se perturba una solución. la serie de potencias puede ser convergente, pero lo habitual es que sea divergente (entonces se dice que el desarrollo perturbativo es asintótico).

Para muchas ecuaciones, hay soluciones para cierto parámetro cercano a cierto valor que no se pueden descomponer en un desarrollo en serie, no existe un desarrollo perturbativo, son no perturbativas; otras veces una solución tiene un desarrollo perturbativo más correcciones no perturbativas. Por ejemplo, correcciones exponencialmente pequeñas, términos del tipo exp(-a/x²) = 1 − a/x² − ⋯, para x ≈ 0, que no tienen un desarrollo en serie finito para x = 0. En la teoría cuántica de campos gauge no abelianos, todas las soluciones de tipo solitón (instantones, monopolos, etc.) son no perturbativas. Gastón comenta el caso del efecto túnel a través de una barrera de potencial, que es un efecto no perturbativo en mecánica cuántica porque la función de onda tras la barrera es exponencialmente pequeña.

Cristina Hernández García comenta «que los trabajadores del faraón que construyeron las pirámides no eran esclavos». Héctor comenta que es una pregunta para María. Pero dice que recuerda haber leído que había «cofradías» de trabajadores que veneraban al faraón como una divinidad y que realizaban un trabajo para una divinidad. Aunque no está seguro.

John Henry Osorio Orozco pregunta: ¿Qué tanto influyen los rayos gamma o los ultravioleta en la evolución de las formas de vida más que en eventos de extinción?» Héctor contesta que influyen en los dos principios de la evolución, la variabilidad genética, pues dan lugar a las mutaciones, y la selección natural, pues modifican el medioambiente que selecciona las variantes mejor adaptadas. Tanto la radiación ultravioleta como la radiación gamma son radiaciones ionizantes que producen mutaciones en el ADN de nuestras células. Pero también dan lugar a daños, como cánceres y otras enfermedades. Y, por supuesto, si la cantidad de radiación es muy alta puede producir una esterilización de la superficie de ese planeta. ¿Cómo se cuantifica todo esto? Héctor dice que no lo sabe.

Javier Benavides pregunta: «¿Está ya plenamente demostrado que el origen de los GRB, los Gamma Ray Burst o estallidos de rayos gamma es la formación de un agujero negro?» Héctor contesta que creo que no está demostrado del todo. Gastón dice que depende, hay GRB cortos y largos, los que tienen menos de dos segundos y los que tienen más de dos segundos. Se cree que tienen orígenes diferentes, pero hay muchos modelos propuestos, así que algunos GRB tienen su origen en agujeros negros, pero otros podrían no tenerlo, aunque hay mucha discusión al respecto. Héctor dice que ambos tipos de GRB tienen orígenes diferentes, pero que en ambos están involucrados los agujeros negros, si no recuerda mal. Por ejemplo, en los producidos por fusiones de estrellas neutrones, lo habitual es que al final se acabe formando un agujero negro. Pero aún queda mucho por aprender de estos mecanismos.

John Henry Orozco Osorio pregunta: «¿Qué pasará con la vida cuando choque nuestra galaxia [contra Andrómeda] si antes nuestro Sol muere?» Dice Héctor que si nuestro Sol muere, se acabó todo, da igual cuando choque la galaxia. Quizás la pregunta es si ocurriera antes de que muera el Sol. Dice Héctor que cree que el choque de galaxias no afecta a la vida, porque ocurre en escalas de tiempo tan largas que es un proceso muy gradual, sin efecto sobre un planeta. La futura colisión de la Vía Láctea contra Andrómeda, que cree que empezará en unos cinco mil millones de años, es un proceso tan lento que durará miles de millones de años. Aunque para entonces el Sol habrá muerto y mucho antes toda la vida en la Tierra habrá desaparecido. Como se comentó la semana pasada, la evolución solar hará que se haga más brillante y en menos de mil millones de años hará que la Tierra sea inhabitable, por la evaporación de océanos y atmósfera.

Gastón aclara que esto ocurrirá mucho antes de que el Sol se transforme en gigante roja y el radio de su tenue superficie nos alcance. Héctor dice que para entonces la Tierra inerte seguirá en órbita alrededor del Sol, «dentro del Sol», porque a esa distancia será un gas muy tenue. En los últimos mil millones de año el Sol ha aumentado su luminosidad en un 10 % y en los próximos mil millones de años aumentará un 10 % adicional, demasiado para la vida en la Tierra.

¡Que disfrutes del podcast!