Te recomiendo disfrutar del episodio 478 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox A, iVoox B; ApplePodcast A, ApplePodcast B], titulado “Polaris Dawn; Bosón W; Anillo; Gravitones; Agujeros Negros”, 19 sep 2024. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. Cara A: Noticias breves: Naukas Bilbao, Física solar en Turín, Objetos interestelares relativistas, Planeta 9 (5:00) [iV; AP]. Patrocinio: Babbel, la escuela de idiomas en tu móvil (código COFFEEBREAK en la oferta de 3 meses + 3 meses gratis) (28:47). La misión Polaris Dawn (38:45) [iV; AP]. Cara B: CMS estima la masa del bosón W (00:07) [iV; AP]. Patrocinio AICAD Business School (30:07) [iV; AP]. La tierra pudo tener un anillo (35:47) [iV; AP]. Sensor cuántico para intentar detectar gravitones individuales (45:52) [iV; AP]. El agujero negro de 3,6 masas solares detectado en un sistema binario (1:18:27) [iV; AP]. Sagitario A* puede haber sido el resultado de fusión de agujeros negros supermasivos en el pasado (1:31:07) [iV; AP]. Señales de los Oyentes [iV; AP]. Imagen de portada realizada por Héctor Socas-Navarro. 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 478 cara A en iVoox.

Descargar el episodio 478 cara B en iVoox.

Como muestra el vídeo participamos por videoconferencia Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro (@pCoffeeBreak), Isabel Cordero @FuturaConjetura (solo cara A), Sara Robisco Cavite @SaraRC83 (solo cara B), Gastón Giribet @GastonGiribet (solo cara B), y Francis Villatoro @eMuleNews. Por cierto, agradezco a Manu Pombrol @ManuPombrol el diseño de mi fondo para Zoom; muchas gracias, Manu.

Tras la presentación, anuncio que estoy en Bilbao para Naukas Bilbao 2024. Héctor comenta que la semana próxima la grabación en directo será el miércoles, en lugar del jueves, a la misma hora. Y nos resume su participación en el congreso de física solar europea en el que estuvo la semana pasada. Ahora mismo la palabra de moda en física solar es reconexión (por las reconexiones magnéticas). También hubo mucha presencia de Solar Orbiter (sobre todo del instrumento italiano, dado que el congreso se celebraba en Italia). Pero le sorprendió que había poco aprendizaje automático (Machine Learning) y que cada año participan más gente más joven que él (algo que nos pasa a todas las personas dedicadas a la investigación).

Aprovechando la presencia de Isabel, Héctor retoma el artículo de Loeb sobre la detección de ondas gravitacionales producidas por objetos interestelares relativistas (RISO), del episodio CB SyR 476 ( LCMF, 06 sep 2024). Destacan ambos que se suelen buscar ondas gravitacionales usando patrones (templates) con lo que no se detectarían las gravitondas predichas por Loeb. Isabel comenta que también se publican los datos (como dos años tras finalizar los análisis) para que toda la comunidad científica pueda analizarlos (y para que Loeb busque sus grivatondas RISO). El artículo es Abraham Loeb, «LIGO-Virgo-KAGRA Limit on Relativistic Interstellar Objects near Earth,» Research Notes of the AAS 8: 214 (Aug 2024), doi: https://doi.org/10.3847/2515-5172/ad73da.

Destaca Héctor el patrocinio de Babbel, «la escuela de idiomas que te llevas en tu móvil». https://www.babbel.com con el código COFFEEBREAK en la oferta de 3 meses se obtienen 3 meses gratis adicionales.

Héctor también comenta el estado actual de la búsqueda del planeta 9. Destaca que el reciente artículo de Susanne Pfalzner, Amith Govind, Simon Portegies Zwart, “Trajectory of the stellar flyby that shaped the outer Solar System,” Nature Astronomy (04 Sep 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-024-02349-x.

También destaca el éxito de la misión Polaris Dawn, repleta de récords. Recomiendo leer a Daniel Marín, “Regresó Polaris Dawn: resumen de una misión de récords,” Eureka, 16 sep 2024. Esta misión ha logrado dos hitos importantes: (1) la nave tripulada con el apogeo orbital más alto desde 1972 (1408.1 km) y desde 1966 para una misión que no vaya a la Luna; y (2) la primera en realizar un paseo espacial comercial. Además, Sarah Gillis y Anna Menon ya son las mujeres que más se han alejado de la Tierra en la historia. Por cierto, el vídeo de YouTube muestra como Sarah Gillis interpretó Rey’s Theme de John Williams (Star Wars); ella y la orquesta no tocaron a la vez, sino que se realizó en postproducción.

Me toca comentar la nueva medida de la masa del bosón W lograda por el detector CMS del LHC en el CERN (más información en LCMF, 17 sep 2024). Recuerdo que, en física de partículas, la gran noticia del año 2022 fue la masa del bosón W medida por el detector CDF II del Tevatrón, 80 433.5 ± 9.4 MeV/c², la medida más precisa hasta entonces, pero a 7 sigmas del modelo estándar (LCMF, 08 abr 2022); generó mucho escepticismo, como conté en mi charla de Naukas Bilbao 2022 (LCMF, 16 sep 2022). Todo el mundo esperaba la medida de CMS del LHC, en la que se trabaja desde 2014. Hoy se ha anunciado el resultado en una rueda de prensa en el CERN, una masa de 80 360.2 ± 9.9 MeV/c², en perfecto acuerdo con el modelo estándar, 80 357 ± 6 MeV/c². Se han analizado 16.8 fb⁻¹ de colisiones a 13 TeV c.m. recabadas durante el año 2016. Se ha buscado la desintegración leptónica del bosón W en un muón y un neutrino muónico; el análisis es muy difícil porque el neutrino no se detecta, solo se estima una pérdida en momento lineal transversal (p_T). Se ha validado la técnica de análisis usando desintegraciones «tipo W» del bosón Z en un muón y un antimuón, en las que se sustituye uno de los dos muones por una pérdida de momento lineal (emulando lo observado para el bosón W); se ha obtenido una masa de 91 182 ± 14 MeV/c², en buen acuerdo con el modelo estándar 91188.0 ± 2.0 MeV/c². Sin lugar a dudas el modelo estándar sale muy reforzado de esta nueva medida. Ahora la pelota está en el campo de CDF, cómo explicar el porqué de su resultado tan anómalo.

Lo más destacable del nuevo resultado de CMS es su baja incertidumbre, 9.9 MeV/c², muy similar a la de CDF II, 9.4 MeV/c², y por debajo de las de ATLAS, 15.9 MeV/c² y LHCb 32 MeV/c². Combinando de forma oficiosa la masa del W de LHCb (2022), ATLAS (2024) y CMS (2024) se obtiene 80361.4 ± 8.1 MeV/c². Habrá que esperar a la publicación de la versión final del artículo científico, mientras tanto puedes disfrutar de la versión preliminar, The CMS Collaboration, «Measurement of the W boson mass in proton-proton collisions at √s = 13 TeV,» CMS PAS SMP-23-002, 17 Sep 2024 [CERN CDS]. Más información divulgativa en «CMS experiment at CERN weighs in on the W boson mass.The eagerly awaited result is the most precise measurement of the W mass made at the LHC so far, and is in line with the prediction from the Standard Model of particle physics,» CERN, 17 Sep 2024.

Héctor anuncia el patrocinio de Aicad Business School, o Aicad Escuela de Negocios Online (https://www.aicad.es/). Algunos de sus fundadores son cientófilos oyentes del programa.

Sara nos cuenta que la Tierra pudo tener un anillo en el Ordovícico (tras el Cámbrico, antes del Silúrico). Se han estudiado 21 cráteres de impacto de asteroides durante 40 millones de años a mitad del Ordovícico (el llamado pico de impactos del Ordovícico); resulta que están distribuidos en una banda de 30 grados alrededor del ecuador y además que tienen asociados meteoritos del mismo tipo, contritas de tipo L. Como explicación se propone que un asteroide de tipo condrítico (que suelen ser agregados poco cohesionados) se acercó a la Tierra hasta alcanzar el límite de Roche, destruyéndose y dando lugar a un anillo alrededor de la Tierra. Este anillo sería el origen de los 21 cráteres observados (debería haber muchos más aún no observados, o ya imposibles de observar). Además, este anillo pudo reducir la irradiancia solar sobre la Tierra que parece explicar el periodo frío que ocurrió en la parte central del Ordovícico (llamada Glaciación Hirnantiana, o Hirnantian Icehouse). El artículo es Andrew G. Tomkins, Erin L. Martin, Peter A. Cawood, «Evidence suggesting that earth had a ring in the Ordovician,» Earth and Planetary Science Letters 646: 118991 (15 Nov 2024), doi: https://doi.org/10.1016/j.epsl.2024.118991.

Nos cuenta Gastón que se ha observado un agujero negro de unas 3.6 masas solares en un sistema binario. Se publica en Nature Astronomy este nuevo agujero negro en el salto de masa (mass gap) entre 3 y 5 masas solares; en concreto, tiene 3.6^+0.8_−0.5 M_⊙ (masas solares), siendo la sorpresa esta vez que se encuentra en un sistema binario de rayos X. Se ha observado en el  Gaia Data Release 3 (DR3), en el sistema binario 3425577610762832384, formado por una estrella gigante roja y un objeto invisible a gran distancia, con un periodo orbital P = 877 ± 2 días y una excentricidad cercana a cero (que la órbita sea circular también es una sorpresa). Este sistema binario no emite rayos X, ya que la distancia entre la estrella y el agujero negro es muy grande, luego solo puede ser observado por métodos astrométricos, como el método de la velocidad radial (el bamboleo de la velocidad de la estrella debido a la presencia del agujero negro).

Se han usado medidas de velocidad radial con LAMOST (Large Aperture Multi-Object Spectroscopic Telescope) combinadas con los datos astrométricos de Gaia DR2 y Gaia DR3. Se ignora cómo se puede haber formado este sistema binario, ya que si el agujero negro resultado de una explosión de supernova en un sistema binario previo, resulta difícil explicar la órbita tan circular. Futuros modelos teóricos tendrán que aclarar el mecanismo de formación de este curioso sistema binario. El artículo es Song Wang, Xinlin Zhao, …, Jifeng Liu, «A potential mass-gap black hole in a wide binary with a circular orbit,» Nature Astronomy (10 Sep 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-024-02359-9, arXiv:2409.06352 [astro-ph.SR] (10 Sep 2024).

Me toca comentar un artículo en Nature Communications que especula sobre cómo detectar un gravitón (más información en LCMF, 12 sep 2024). No sabemos si el gravitón existe y Freeman Dyson (2013) concluyó que es imposible detectar uno solo, si existiera. Se propone que una barra de Weber que se comporte como un sensor cuántico podría detectar un solo gravitón gracias al efecto gravitofonónico, un análogo gravitacional del efecto fotoeléctrico. Se presenta un cálculo teórico sencillo que sugiere que una barra de Weber de ∼15 kg de berilio, enfriada a 1 mK, que se comportase como un resonador cuántico a una frecuencia de resonancia de 100 Hz y con un factor de calidad Q ∼ 10¹⁰, podría haber detectado un único gravitón durante el paso de la gravitonda GW170817. Pero estos números están demasiado lejos de lo que se puede lograr con las barras de Weber en la actualidad (ninguna ha detectado ninguna onda gravitacional, así que detectar un gravitón pare imposible).

Se proponen varios casos posibles, siendo el más práctico usar gravitondas de frecuencia ultraalta (por encima de 300 THz) en la fusión de (potenciales) agujeros negros primordiales con una masa inferior 10⁻¹² masas solares (si existiesen); un gravitón sería observable en una barra de Weber de ∼10 gramos de cuarzo, enfriada a 0.6 mK, que fuese un resonador cuántico a 5.5 MHz con un factor de calidad Q ∼ 10¹⁰. Estos números están muy lejos, pero muy lejos de ser alcanzables con las tecnologías actuales, y con las disponibles durante este siglo. Pero el futuro es impredecible. El artículo es Germain Tobar, Sreenath K. Manikandan, …, Igor Pikovski, «Detecting single gravitons with quantum sensing,» Nature Communications 15: 7229 (22 Aug 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s41467-024-51420-8, arXiv:2308.15440 [quant-ph] (29 Aug 2023); también recomiendo Germain Tobar, Igor Pikovski, Michael Edmund Tobar, «Detecting kHz gravitons from a neutron star merger with a multi-mode resonant bar,» arXiv:2406.16898 [astro-ph.IM] (28 May 2024), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2406.16898, y Victoria Shenderov, …, Germain Tobar, …, Igor Pikovski, «Stimulated absorption of single gravitons: First light on quantum gravity,» arXiv:2407.11929 [gr-qc] (16 Jul 2024), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2407.11929. El artículo de Freeman J. Dyson, «Is a graviton detectable?» International Journal of Modern Physics A 28: 1330041 (2013), doi: https://doi.org/10.1142/S0217751X1330041.

Gastón también nos cuenta que Sagitario A* puede haber sido el resultado de fusión de dos agujeros negros supermasivos (SMBH) en el pasado. Como ya nos contó Iván Marti-Vidal, el eje de rotación de Sgr A*, en lugar de estar transversal al plano estelar de la Vía Láctea se encuentra en un dirección con un ángulo pequeño (como apuntando hacia la Tierra, aunque en sentido opuesto). Este resultado de Event Horizon Telescope (EHT) no parece fácil de explicar salvo que Sgr A* sea resultado de la fusión de dos SMBH (esto, por otro lado, es bastante habitual en galaxias que se fusionan). Hay indicios en los datos de Gaia DR3 de una fusión pasada entre la proto-Vía Láctea y otra galaxia llamada Gaia-Encélado, que tenían una relación de masas de 4:1 (la nuestra era la más grande). El nuevo artículo ofrece simulaciones numéricas de una fusión de dos SMBH con un cociente de masas de 4:1 (como el de sus galaxias). El SMBH que resulta de la fusión aparecería con espín (momento angular) con un ángulo entre 145–180° con respecto a la línea de visión, lo que explicaría la observaciones de EHT.

Un resultado realmente curioso, aunque habrá que esperar a que se replicado de forma independiente. Lo más fascinante es que estas simulaciones se complementan con las observaciones de Gaia DR3, que se apoyan mutuamente. Sin lugar a dudas, las observaciones de LISA sobre fusiones de SMBH nos ayudarán a entender mejor estos procesos y quizás, de forma indirecta, transformen en muy plausible la hipótesis del nuevo artículo. Pero habrá que esperar a bien entrada la década de 2030 para sus primeros resultados. El artículo es Yihan Wang, Bing Zhang, «Evidence of a past merger of the Galactic Centre black hole,» Nature Astronomy (06 Sep 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-024-02358-w, arXiv:2403.06416 [astro-ph.GA] (11 Mar 2024).

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Pregunta Thomas Villa: «Si la ecuación de Wheeler-DeWitt tuviese una solución H(Ψ) > 0, ¿no sería una explicación mucho más simple para la constante cosmológica como propiedad intrínseca del universo?» Contesta Gastón que la ecuación de Wheeler-DeWitt es H(Ψ) = 0. Una función Ψ† tal que H(Ψ†) > 0 nunca podría ser una solución de dicha ecuación. Así que yo apostillo que la pregunta no tiene sentido. Gastón nos comenta que esta ecuación es una ligadura (constraint) hamiltoniana, una condición clásica que se eleva a nivel cuántico. Este tipo de ligaduras complican mucho la cuantización de la teoría (algo que no tiene nada ver con la renormalización de la relatividad general). Esta ligadura se escribe como el hamiltoniano (canónico) igual a cero; a nivel cuántico se transforma el hamiltoniano en un operador que actúa sobre la función de onda que debe ser igual a cero. Este hamiltoniano no incluye el tiempo, luego la función de onda (del universo) no evoluciona en el tiempo. Gastón aclara que si se incluye la constante cosmológica Λ en el hamiltoniano clásico, la versión cuántica sigue siendo la misma H(Ψ) = 0. No cambia (como intuye de forma errónea Thomas).

Cebra pregunta: «¿Las ondas gravitacionales pueden interferir consigo mismas o nunca chocan contra nada puesto que son el mismo espacio-tiempo?» Contesta Gastón que sí, que las ondas gravitacionales son lineales y por tanto se suman, dando lugar a fenómenos de interferencia. Otra cosa diferente es que podamos observar dichos efectos. La gravitación es no lineal, pero las ondas gravitacionales aparecen en el régimen lineal. Sara comenta que si sería como cuando se tiran dos piedras a un río. Gastón dice que es una buena analogía. Yo comento que existen ondas gravitacionales no lineales (se llaman ondas cilíndricas) que se cree que no existen en la Naturaleza, pues cuando colisionan aparecen singularidades desnudas (que según la censura cósmica se revestirán de horizontes de sucesos y se transformarán en agujeros negros). También recuerdo que las ondas observadas por LIGO tienen una amplitud h ∼ 10⁻²² y que los efectos no lineales h² ∼ 10⁻⁴⁴ son imposibles de observar (siendo 22 órdenes de magnitud más pequeños), luego son ondas perfectamente lineales. Por cierto, en el fondo cósmico estocástico de ondas gravitacionales observado por NANOgrav y otros PTA, lo que vemos es la interferencia de las ondas gravitacionales producidas por muchos púlsares; por ello el resultado lo vemos como ruido estocástico, sin que podamos diferenciar ondas individuales.

Y esto es todo. ¡Que disfrutes del podcast!