Te recomiendo disfrutar del episodio 486 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox A, iVoox B; ApplePodcast A, ApplePodcast B], titulado “Basura Espacial; Supernova Fallida; Agujeros Negros; Planeta 9”, 14 nov 2024. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. Cara A: Varios breves (5:00) [iV, AP]. Ética científica. “Referencias que nos pide el revisor pero son irrelevantes” (10:00) [iV, AP]. Basura espacial (30:00) [iV, AP]. Cara B: Promo AICAD (00:06) [iV, AP]. La desaparición de una estrella masiva que apunta a formación de agujero negro en M31 (17:36) [iV, AP]. Un agujero negro supermasivo acretando a ritmo super-Eddington 1.5 Gyr después del Big Bang (40:06) [iV, AP]. La órbita del Planeta 9 (57:06) [iV, AP]. Señales de los oyentes (1:32:06) [iV, AP]. 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), Sara Robisco Cavite @SaraRC83, Javier Atapuerca @JaviAtapu, José Edelstein @JoseEdelstein,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, Héctor nos recuerda que el sábado 9 de noviembre fue el cumpleaños de Carl Sagan (que falleció un 20 de diciembre). Sara nos cuenta que un revisor obligó a los autores de un artículo a incluir citas a trece referencias irrelevantes y que lo hicieron dejándolo claro de forma explícita en la introducción: «As strongly requested by the reviewers, here we cite some references [35–47] although they are completely irrelevant to the present work.» («Como solicitaron de forma encarecida los revisores, citamos algunas referencias [35–47], aunque son del todo irrelevantes para el presente artículo»). ¿Quién revisó este artículo? ¿Por qué el editor no eliminó la petición de citas del revisor de su informe? En los trece artículos firman Alex V. Trukhanov y Sergei V. Trukhanov (en dos también firma Ekaterina L. Trukhanova y en otro An. V. Trukhanov), lo que sugiere que alguno de los dos fue el revisor; lo más probable es que fuera Alex V. Trukhanov, que publicó 51 artículos en 2023 y lleva 50 en 2024. ¡Cosas que pasan en el mundo de las publicaciones científicas! El artículo es Fan-Xi Yang, Yi-Fei Zhu, …, Qing-Miao Hu, «Origin of the distinct site occupations of H atom in hcp Ti and Zr/Hf,» International Journal of Hydrogen Energy 91:  933-941 (19 Nov 2024), doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.10.197. Sara vio la noticia en este tuit.

Javier Atapuerca (GMV) nos habla de la basura espacial al hilo de la caída de dos satélites a tierra. El 20 de octubre cayó el satélite de comunicaciones IS-33e de Intelsat, desde su órbita geoestacionaria; se rompió en a unos 500 trozos (20 de los cuales fueron rastreados por la Fuerza Espacial de los Estados Unidos cuando cayeron en el Océano Índico a las 04:30 UTC del 19 de octubre, según un tuit de Jonathan McDowell @planet4589). También cayó un satélite en orbita LEO (órbita terrestre baja), un satélite Starlink de SpaceX cayó sobre Estados Unidos el 9 de noviembre; se observó como una bola de fuego. ¿Cuánto contaminan la atmósfera de la Tierra los satélites Starlink que reentran? La basura es un problema cada vez más grave debido a las megaconstelaciones de satélites. La noticia es Brett Tingley, «Starlink satellite falls to Earth, burns up as stunning fireball over US (video),» Space.com, 11 nov 2024;

Héctor agradece el patrocinio de AICAD Business School (https://www.aicad.es). Aicad es la empresa de Inma Vega y Ermel, oyentes del programa y cientófilos.

Me toca que se ha observado en la galaxia de Andrómeda una supernova fallida, en la que una estrella masiva ha colapsado en un agujero negro sin que se haya observado una explosión de supernova. En los datos históricos del telescopio infrarrojo medio WISE (Wide-field Infrared Survey Explorer) se encuentran observaciones de la estrella M31-2014-DS1 en Andrómeda. La estrella incrementó en un 50 % su brillo en el infrarrojo medio (MIR) en 2014 y lo mantuvo durante dos años, luego recuperó su brillo original en un año. Pero su luminosidad siguió decreciendo durante unos 1000 días hasta 2022, cuando cayó de forma brusca hasta desaparecer por completo durante, al menos, otros mil días (la luminosidad cayó en un factor de diez mil en el visible y la total en un factor de diez). No se puede explicar este fenómeno por la presencia de una nube de polvo que haya ocultado su brillo.

Se explica la observación como una supernova fallida. Cuando se detuvo la fusión en su núcleo, este colapsó para dar lugar a un agujero negro. Pero las capas externas que lo envuelven no explotaron en forma de supernova. Te recuerdo que las estrellas entre 8 y 20-25 masas solares explotan como supernovas que dan lugar a estrellas de neutrones, mientras que entre 20-25 y 130 masas solares dan lugar a agujeros negros (entre 130 y 250 reducen su masa por la inestabilidad de pares hasta unas 100 masas solares y acaban como agujeros negros, etc.). Se estima que la estrella M31-2014-DS1 es una supergigante roja muy luminosa (10⁵ L⊙) con unas 20 masas solares y una temperatura de 4500 K, rodeada de una nube de polvo a 870 K con un radio de 110 UA (unidades astronómicas). Con dicha masa se espera que colapse en una estrella de neutrones tras una explosión de supernova, emitiendo una energía ≈10⁵¹ erg y generando una luminosidad ≳ 10⁷ L⊙. Pero se podría formar un agujero negro si se produce una supernova fallida; para ello, parte de la envoltura de la estrella se pierde antes de la explosión, con lo que en ella se emite muchos menos energía, entre 10⁴⁵ y 10⁴⁹ erg y la luminosidad será ≲ 10⁶ L⊙. El núcleo formará un agujero negro, con lo que no habrá señal del remanente tras la supernova fallida.

Las observaciones de archivo de NEOWISE, se han complementado con observaciones ópticas profundas y en infrarrojo cercano (NIR) con los telescopios MMT (Multiple Mirror Telescope en Arizona) e IRTF (Infrared Telescope Facility en Hawaii) en 2023; además, se han usado observaciones más antiguas del HST (Telescopio Espacial Hubble) y el Telescopio Espacial Spitzer (SST) entre 2008 y 2012. Las pocas observaciones disponibles se ajustan bien con el modelo teórico. Como comenta Héctor, ya se anunció una supernova fallida en 2015 en la galaxia NGC 6946, otra supergigante roja que dio lugar al agujero negro NGC 6946-BH1. El nuevo artículo propone que esta segunda observación es mucho más clara que la anterior. El nuevo artículo es Kishalay De, …, Abraham Loeb, …, Robert Simcoe, «The disappearance of a massive star marking the birth of a black hole in M31,» arXiv:2410.14778 [astro-ph.HE] (18 Oct 2024), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2410.14778. Sobre la anterior supernova fallida recomiendo leer a J. R. Gerke, C. S. Kochanek, K. Z. Stanek, «The search for failed supernovae with the Large Binocular Telescope: first candidates,» Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) 450: 3289-3305 (01 Jul 2015), doi: https://doi.org/10.1093/mnras/stv776; S. M. Adams, C. S. Kochanek, …, X. Dai, «The search for failed supernovae with the Large Binocular Telescope: confirmation of a disappearing star,» MNRAS 468: 4968-4981 (Jul 2017), doi: https://doi.org/10.1093/mnras/stx816; y C M Basinger, C S Kochanek, …, K Z Stanek, «The search for failed supernovae with the Large Binocular Telescope: N6946-BH1, still no star,» MNRAS 508: 1156-1164 (Nov 2021), doi: https://doi.org/10.1093/mnras/stab2620.

Nos cuenta Gastón que el JWST NIRSpec (IFU) ha observado un agujero negro supermasivo acretando materia a un ritmo super-Eddington (se ha publicado en Nature Astronomy). Nos explica el límite de Eddington que se basa en el equilibrio entre la presión de radiación y la atracción gravitacional. Se ha observado el agujero negro supermasivo LID-568 en una galaxia con desplazamiento al rojo z = 3.965 (se observa como era unos 1.5 millardos después del big bang); se trata de un agujero negro supermasivo de baja masa, solo 7.2 millones de masas solares, aunque más que Sgr A* en la Vía Láctea (4 millones de M⊙). Parece ser muy activo, lo que sugiere que está en rápido crecimiento de masa. Se estima que acreta materia a un ritmo 40 veces superior al límite de Eddington.

Este tipo de acreción super-Eddington no está prohibida y se conocen otros ejemplos (aunque en agujeros negros supermasivos de gran masa), pero es excepcional. En este caso se estima que el chorro relativista es muy rápido, con velocidades según la emisión Hα entre −600 y −500 km /s relativas al agujero negro central. Por ello, se LID-568 es el primer ejemplo de un agujero negro de baja masa (para ser supermasivo) que acreta a ritmo super-Eddington. La importancia de este artículo es que ofrece un mecanismo para explicar el rápido crecimiento de los agujeros negros supermasivos en las primeras galaxias. El artículo es Hyewon Suh, Julia Scharwächter, …, Denise Hung, «A super-Eddington-accreting black hole ~1.5 Gyr after the Big Bang observed with JWST,» Nature Astronomy (04 Nov 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-024-02402-9; más información divulgativa en Research Briefing, «A rapidly growing black hole observed in the early Universe,» Nature Astronomy (04 Nov 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-024-02403-8.

Nos comenta Héctor un nuevo artículo que estima la órbita del Planeta 9 (o planeta X). Se conocen más de 4000 objetos transneptunianos (TNOs) y entre ellos hay 51 objetos transneptunianos extremos (ETNOs), con perihelio a más de 30 UA (unidades astronómicas), luego no se ven afectados por Neptuno (situado a 30 UA, recuerda que Plutón  alcanza 40 UA), y además su afelio es mayor de 100 UA. El análisis de los 11 ETNOs con perihelio mayor de 42 UA y afelio mayor 150 UA condujo a la predicción del Planeta 9 que los ha pastoreado durante los últimos mil millones de años. En el nuevo artículo se estudia los ETNOs que tienen órbitas estables durante entre mil y dos mil millones de años, luego que podrían ser pastoreados por el Planeta 9.

Se observa que entre los 51 ETNOs, hay 2 con afelio en la dirección opuesta a los 49 restantes (algo que fascina y convence a Héctor). Se realiza un test de Kuiper que muestra que los ETNOs con semiejes mayores de 170 UA forman una población diferente de los que lo tienen menor de 160 UA. Lo curioso es que la población mayor 170 UA muestra una agrupación a unas 3 sigmas de significación estadística en cuanto a longitud del perihelio (ϖ), aunque no se observa en inclinación (i), ni tampoco en argumento del perihelio (ω) o longitud del nodo (Ohmio). Usando esta población de ETNOs se realiza una nueva estimación de la órbita del planeta 9 (el hipotético objeto que los pastorearía durante entre mil y dos mil millones de años). Se estima que el planeta 9 tendría una masa de 4.4 ± 1.1 masas terrestres, con un semieje mayor de 290 ± 30 UA, una excentricidad de 0.29 ± 0.13 y una inclinación 6.8 ± 5.0 grados (todos los errores a una sigma, i.e., al 68 %).

Para Héctor lo más relevante es que se reduce la región en la que se puede encontrar el Planeta 9 a solo el 0.06 % de la región donde se pensaba que estaba. La hipótesis del mensajero de Héctor se refuerza, pues se incluye mejor en la nueva región orbital; además, se define mejor la distancia y la paralaje que usan en su búsqueda. Esta reducción en la región de búsqueda les permite proponer que el Planeta 9 podría ser descubierto por el LSST (el telescopio sinóptico Vera Rubin). El artículo es Amir Siraj, Christopher F. Chyba, Scott Tremaine, «Orbit of a Possible Planet X,» arXiv:2410.18170 [astro-ph.EP] (23 Oct 2024), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2410.18170.

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Cristina Hernández García pregunta: «¿Y explosiones atómicas por encima de los satélites con un material que genere mucho humo o gas cuya presión haga bajar a los satélites?» Contesta Javier que no le convence una explosión nuclear para controlar la basura espacial, porque genera un pulso electromagnético que afectaría a otros satélites, incluso a líneas eleéctricas en tierra firme. Comenta que fue noticia que Rusia estaba desarrollando un arma de pulso electromagnético (nuclear o no) para atacar a los Starlink. Pero los Starlink son muy resistentes, si cae uno, la constelación sigue dando servicio. Héctor destaca que un tratado prohíbe armas nucleares en el espacio. Pregunta Sara si el diseño del satélite tiene en cuenta su desorbitación. Contesta Javier que así es, incluso en Japón se han propuesto satélites de madera, que se queman mejor en la reentrada. Héctor comenta que le gusta el tema de la basura espacial pero desde el punto de vista SETI, en la búsqueda de tecnomarcadores (los exocinturones de Clarke, LCMF, 16 feb 2018). Porque lo que caracteriza a una civilización es su basura.

Javier Benavides pregunta: ¿Existen de verdad agujeros negros supermasivos como TON 618 y Phoenix A, o son leyendas urbanas? Contesta Gastón bromeando «uno va caminando por San Telmo y la gente le dice, hay rumores, leyendas urbanas sobre TON 618». Aclara que TON 618 es un cuásar que tiene 66 mil millones de masas solares (diez veces más que M87*) y Phoenix A* tiene 100 mil millones de masas solares. Hay indicios fuertes que apoyan estas estimaciones de sus masas. Y bromea con que «se habla de TOM 618 en los bares de San Telmo».

Speaker 1 Héctor Speaker 2 Javier Speaker 4 Sara Speaker 5 Gastón

Gabriel Osorio pregunta: «¿Continúa el desarrollo de satélites lanzados con cañones?» Héctor comenta que se refiere a cañones electromagnéticos, que hasta ahora son desarrollos teóricos. Contesta Javier que el tema está un poco parado. Hay estudios múltiples, incluyendo cañones de raíles (railguns) e incluso sistemas similares a catapultas. Pero por ahora son más ciencia ficción que otra cosa (a Héctor le recuerdan al cyberpunk o al steampunk).

Thomas Villa pregunta: «¿Qué es un amplituhedro de [Nima] Arkani-Hamed y porque se han desarrollado en espacios twistoriales?» Contesta Gastón que es una estructura matemática que propuso Arkani-Hamed para repensar los cálculos en las teorías cuánticas de campos en términos de diagramas de Feynman. El amplituhedro usa twistores, que son representaciones proyectivas del grupo conforme. Los twistores fueron propuestos por Penrose hace muchos años [para estudiar la gravitación] y hoy se usan en contextos distintos. Yo comento que esta  idea pretende calcular las interacciones entre partículas, entre campos cuánticos, sin tener en cuenta el espaciotiempo. La idea es que en una futura teoría de gravitación cuántica en la que el espaciotiempo sea un concepto emergente no habrá espaciotiempo.
Habría que estudiar las interacciones entre campos y entre partículas sin tener que recurrir a un espaciotiempo, sin usar diagramas de Feynman. Esto es muy difícil de lograr, por ello se han limitado a la teoría de juguete estándar (la teoría más sencilla, más bella y más simétrica), una teoría de Yang–Mills supersimétrica N=4 (SYM con cuatro supersimetrías). Creemos que es una teoría integrable en la que se podrán calcular todas las interacciones de forma exacta (pero aún no sabemos cómo). Arkani-Hamed se limita a interacciones planas (planar diagrams) en las que el amplituhedro permite obtener los mismos resultados que los diagramas de Feynman.

En el podcast hablé de memoria, que me jugó alguna mala pasada, erré con algunas fechas y con algunos nombres. La idea nace de un reto a los teóricos de cuerdas propuesto por S. Parke y T. Taylor, «An amplitude for N gluon scattering,» Phys. Rev. Lett. 56: 2459 (1986), https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.56.2459, explicar cierta relación entre las amplitudes de interacción entre gluones en gluodinámica cuántica (cromodinámica cuántica (QCD) sin quarks). El guante no fue recogido hasta 2004 usando técnicas de twistores de Penrose, como no, por Edward Witten, «Perturbative Gauge Theory As A String Theory In Twistor Space,» Commun. Math. Phys. 252: 189-258 (2004), doi: https://doi.org/10.1007/s00220-004-1187-3. Este trabajo llevó en 2005 a la relación BCF (Ruth Britto, Freddy Cachazo, Bo Feng, «New Recursion Relations for Tree Amplitudes of Gluons,» Nucl. Phys. B 715:499-522 (2005), https://doi.org/10.1016/j.nuclphysb.2005.02.030) y a la recurrencia BCFW (Ruth Britto, Freddy Cachazo, Bo Feng, Edward Witten, «Direct Proof Of Tree-Level Recursion Relation In Yang-Mills Theory,» Phys. Rev. Lett. 94: 181602 (2005), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.94.181602).

La recurrencia BCFW fue generalizada, aunque solo para diagramas de Feynman planos en la teoría SYM N=4, hasta un número arbitrario de lazos gracias al amplituhedro en Nima Arkani-Hamed, Jaroslav Trnka, «The Amplituhedron,» Journal of High Energy Physics (JHEP) 2014: 30 (2014), doi: https://doi.org/10.1007/JHEP10(2014)030. El volumen de esta estructura geométrica corresponde a la amplitud de dispersión (scattering). Pero había que demostrar que el amplituhedro era positivo (se logró el año siguiente en Nima Arkani-Hamed, Andrew Hodges, Jaroslav Trnka, «Positive amplitudes in the amplituhedron,» JHEP 2015: 30 (2015), doi: https://doi.org/10.1007/JHEP08(2015)030). Por desgracia, el éxito inicial con diagramas planos no se ha podido extender a diagramas no planos; faltan simetrías adicionales que (hasta donde me consta) aún no han sido desveladas (Zvi Bern, Enrico Herrmann, …, Mao Zeng, «Global Bases for Nonplanar Loop Integrands, Generalized Unitarity, and the Double Copy to All Loop Orders,» arXiv:2408.06686 [hep-th] (13 Aug 2024), doi:
https://doi.org/10.48550/arXiv.2408.06686). También se ha trabajado en la extensión del amplituhedro más allá de la teoría SYM N=4, pero también con un éxito muy limitado. En resumen, es una idea que parecía muy prometedora, pero que está estancada, con progresos muy lentos, aunque continuos (el artículo original de Arkani-Hamed y Trnka ha sido citado más de 700 veces). La esperanza sigue vida de que los avances sobre el amplituhedro y otras técnicas similares permitan calcular diagramas de Feynman de interés en cromodinámica cuántica. Arkani-Hamed opina que estarán listas cuando haya un colisionador hadrónico a 100 TeV c.m. en la segunda mitad del siglo XXI. Pero quizás es muy optimista al respecto.

Gastón comenta que la teoría SYM N=4 es como el «átomo de hidrógeno de la teoría cuántica de campos». Además, destaca que en las amplitudes de scattering además de polos (bien conocidos y estudiados), también aparecen ceros (una novedad de los últimos años). Estos ceros se observaron en los diagramas no planares cuando se intentó extender el amplituhedro a ellos (Zvi Bern, Enrico Herrmann, …, Jaroslav Trnka, «Evidence for a nonplanar amplituhedron,» JHEP 2016: 98 (2016), doi: https://doi.org/10.1007/JHEP06(2016)098). Pero todavía no se sabe cómo lidiar con estos ceros.

[PS 16 nov 2024] El amplituhedro ha cumplido diez años, recomiendo la pieza de Charlie Wood, «Physicists Reveal a Quantum Geometry That Exists Outside of Space and Time. A decade after the discovery of the “amplituhedron,” physicists have excavated more of the timeless geometry underlying the standard picture of how particles move,» Quanta Magazine, 25 Sep 2024. Se sugiere que la «amplitudología» se está transformando en una «superficiología». [/PS]

Fernando Andre Pino Figueroa pregunta: «Disculpen la pregunta y sé que tratan de bajar toda la información para todo público, pero me gustaría entender que implica la existencia de este planeta 9?» Bromea Héctor con que el mayor efecto en la vida cotidiana será que habrá que cambiar los horóscopos. Más en serio nos dice que sería  una supertierra o un minineptuno en nuestro Sistema Solar, lo que permitiría estudiar en detalle este tipo de planetas. Pero, ¿qué aplicación tendría saber eso? Ninguna. Pero cambiará lo que se estudia en los libros de textos sobre los planetas del Sistema Solar. Pero para los astrónomos que estudian exoplanetas ayudará a entender mejor cómo se forman los sistemas planetarios y cómo son expulsados planetas del entorno cercano de su estrella.

¡Hasta la semana próxima!