Podcast CB SyR 499: Quimiotaxis como biomarcador, heliosismología global con BiSON, tensioactivo resuelve laberintos y agujero negro en la Gran Nube de Magallanes

Te recomiendo disfrutar del episodio 499 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox A, iVoox B; ApplePodcast A, ApplePodcast B], titulado “Quimiotaxis; Laberintos; Heliosismología; Agujeros Negros”, 13 feb 2025. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. Cara A: Agenda de eventos (5:00). Quimiotaxis como biomarcador (17:00). Heliosismología global con 32 años de BiSON (in memoriam de Irene González, ep434) (46:00). Cara B: El jabón que resuelve laberintos (32:15). Un posible gran agujero negro en La Gran Nube de Magallanes (1:16:15). Señales de los oyentes (1:32:15). 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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Descargar el episodio 499 cara A en iVoox.

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Como muestra el vídeo participan por videoconferencia Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro /@hectorsocas.bsky.social / @HSocasNavarro@bird (@pCoffeeBreak / @pCoffeeBreak.bsky), Sara Robisco Cavite @SaraRC83 / @ViajandoConCiencia.bsky, Juan Carlos Gil Montoro @ApuntesCiencia / @ApuntesCiencia.bsky / @ApuntesCiencia@astrodon, y Gastón Giribet @GastonGiribet (solo cara B).

Tras la presentación, Héctor desea a todas las personas un feliz Día de la Mujer y la Niña en Ciencia (11 de febrero). El 11F sigue siendo un día necesario para visibilizar a las científicas en activo como referentes a seguir. Juan Carlos destaca que cuando hay un día de algo es porque hay un problema. Todas las personas soñamos con que algún día deje de ser necesario el 11F. Sara destaca que es un día para reivindicar, no para celebrar, pues hay muy pocas mujeres que llegan a puestos de responsabilidad. Hay que analizar la situación actual y actuar para corregirla.

Como es obvio, este episodio 499 antecede al episodio 500, que Héctor comenta que será grabado el próximo viernes, con un programa especial. En esta línea vuelve a recordar que el programa de la semana del 11 de abril de 2025 será grabado un viernes en directo desde el Planetario de Castellón, y el de la siguiente semana será grabado el miércoles 16 de abril de 2025 en Tenerife, en el espacio cultural de la Fundación CajaCanarias.

Por otro lado, el primer episodio del nuevo podcast, que se llamará Café de Ganimedes (palabra llana, no esdrújula), será gratuito; pero el resto de los episodios serán exclusivos para suscriptores de iVoox y también de Spotify (gracias a un acuerdo con iVoox). Será un podcast más divulgativo, cuyo objetivo no será presentar papers, sino otros temas de interés en divulgación y ciencia.

Finalmente, Héctor recuerda que el 13 de febrero a las 19:00 horas empezó el foro “Enciende el Cosmos” de la Fundación CajaCanarias (programa), con “Extinciones en la vida y en el Universo” por Montserrat Villar, José María Fernández-Palacios y Clive Finlayson moderados por Wolfredo Wildpret de la Torre (más información).

Nos comenta Sara que se puede usar como biomarcador la quimiotaxis (la movibilidad bacteriana asociada a gradientes de concentración de moléculas llamadas quimioefectores). En la Tierra ya se usa como biomarcador, luego se podría usar en misiones espaciales astrobiológicas en otros cuerpos del Sistema Solar (Marte, Europa, etc.). Nos comenta un artículo publicado en Frontiers in Astronomy and Space Sciences (revista que aparece en el listado de depredadoras de 2024), que destaca Héctor que publica la revisión por pares con el nombre de los revisores (algo poco habitual en revistas científicas). Este artículo presenta una nueva metodología experimental para detectar la quimiotaxis, usar una membrana permeable a las bacterias que separa dos contenedores, uno con un quimioefector muy potente y el otro donde se coloca una muestra de sedimento del suelo (que podría contener bacterias); si la bacterial es móvil, atravesará la membrana, pero si no lo es formará una colonia. En ambos casos tomando dos fotografías, una a la hora y otra a las tres horas se pueden contar el número de bacterias en ambos contenedores (para esto se usa un algoritmo de aprendizaje automático con inteligencia artificial),

Esta metodología se ha validado usando la afinidad quimiotáctica a la L-serina de las bacterias Bacillus subtilis y Pseudoalteromonas haloplanktis, y de la arquea Haloferax volcanii. Los resultados son muy similares a otros métodos alternativos, más costosos y que requieren ensayos más largos. Se afirma en el artículo que este nuevo ensayo acorta ambos, tanto el tiempo de toma de datos como el de análisis posterior de sus resultados. Se propone que facilitará su posible uso en misiones espaciales automatizadas. Pero, como es obvio, su incorporación a misiones espaciales, que puede ser muy prometedora, requiere muchos estudios adicionales que confirmen la utilidad de este método en las condiciones ambientales de los cuerpos del Sistema Solar en los que dicho ensayo vaya a ser usado. El artículo es Max Riekeles, Vincent Bruder, …, Dirk Schulze-Makuch, “Application of chemotactic behavior for life detection,” Frontiers in Astronomy and Space Sciences 11: 1490090 (06 Feb 2025), doi: https://doi.org/10.3389/fspas.2024.1490090.

Héctor nos comenta un artículo in memoriam de Irene González sobre heliosismologí­a solar. Se retrotrae a su juventud (te recomiendo escuchar sus anécdotas en el podcast) para comentar que en este campo se observan ondas de presión (modos P) que se generan en el interior del Sol y alcanzan la superficie donde se reflejan; tras múltiples reflejos el Sol se comporta como una caja de resonancia, que tiene una serie de modos característicos (propios) que, por su longitud de onda, caben en un número entero. Estos modos se describen con armónicos esféricos (como los orbitales de los átomos, con modos n, l, m, etc.) y son los que se observan en el Sol. Héctor dice que el modo fundamental es una expansión y contracción del Sol, como una esfera que se infla y se desinfla. Las frecuencias de estos modos solares acústicos varían con la actividad magnética solar. La heliosismología permite observar propiedades como la velocidad de rotación del Sol en su interior, a lo largo de su radio; así se ha verificado que dicha velocidad no es constante (a diferencia de como sería si el Sol fuese un sólido rígido).

Un nuevo artículo en MNRAS (la primera autora es una científica) usa 32 años de observaciones de BiSON (Birmingham Solar Oscillations Network), el primer instrumento científico en el que trabajó Héctor en 1995, hace unos 30 años. Estos datos (casi) cubren tres ciclos solares completos. Estos modos acústicos se pueden correlacionar con la actividad de la cara visible (near side) del Sol. Se propone como novedad una nueva técnica para estimar la actividad de la cara no visible (far side) a partir de dichos modos. Se ha correlacionado con éxito con la actividad dos semanas (13 días) antes y dos semanas (13 días) después (recuerda que el periodo de rotación solar es de 27 días). Los resultados validan esta técnica para usar la heliosismología para estimar la actividad de la cara no visible. Además, se ha comprobado que puede ser usada bajo la hipótesis de que el Sol se comporta como una estrella puntual. Gracias a ello se propone usarla en el futuro para observar la actividad de la cara no visible en otras estrellas de tipo solar. El artículo es R. Howe, W. J. Chaplin, …, M. B. Nielsen, “Far-side helioseismology with Sun-as-a-star data: the solar cycle as seen with 7-d-long BiSON time series,” Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) 537: 909-914 (15 Jan 2025), doi: https://doi.org/10.1093/mnras/staf090.

Juan Carlos nos cuenta que el jabón (un líquido con un tensioactivo) puede resolver laberintos (que se puedan rellenar con un líquido con otro tensoactivo). En 2018 se publicó en Physical Review Fluids algo contraintuitivo (Fernando Temprano-Coleto, François J. Peaudecerf, …, Paolo Luzzatto-Fegiz, «Soap opera in the maze: Geometry matters in Marangoni flows,» Phys. Rev. Fluids 3: 100507 (17 Oct 2018), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.3.100507). En un laberinto relleno de leche entre dos grandes contenedores, se introduce una gota de colorante rojo en uno de los contenedores y se añade jabón con un pincel; como muestra el vídeo, el líquido de color rojo recorre el laberinto siguiendo el camino correcto hacia la salida, con muy poco avance en las ramas laterales que no conducen hacia la salida. Parece imposible que el movimiento local del colorante este controlado por la solución no local del laberinto, por ello el vídeo se viralizó en redes sociales. Sus autores publican ahora en Physical Review Letters simulaciones que explican este proceso recurriendo al efecto de Marangoni, que en la interfaz entre dos fluidos se produce un transporte de fluido desde las regiones de menor tensión superficial a las de mayor (este efecto explica la lágrima en la copa de vino).

Un tensioactivo (surfactante dice Juan Carlos) reduce la tensión superficial, lo que permite aprovechar el efecto de Marangoni como tractor del movimiento en el laberinto. Pero no es suficiente para seleccionar el camino correcto hasta la lejana salida. El comportamiento no local del tensioactivo exógeno, añadido con el jabón, depende del tensioactivo endógeno, que ya se encuentra en la leche que rellena el laberinto. Este tensioactivo endógeno define un campo de tensiones de superficiales que permea todo el laberinto. La interacción en la superficie líquida entre el tensioactivo endógeno y el exógeno explica que el exógeno sea transportado a lo largo del camino correcto. En este proceso es clave las dos grandes áreas de leche al principio y al final del laberinto, que tienen una gran área superficial, lo que provoca que el mapa de tensiones superficiales tienda hacia estas regiones.

En el artículo se ha presentado un modelo matemático muy sencillo en un grafo en 1D, en dos versiones una lineal (simplificada) y otra no lineal (completa). Se resuelve el modelo con un método de diferencias finitas miméticas; este método se basa en usar versiones discretas de los operadores diferenciales usados en cálculo vectorial. En física de fluidos los métodos miméticos aplicados a la formulación conservativa de las ecuaciones garantiza que el método numérico preserve de forma natural dichas leyes de conservación incluso en problemas que tienen muchas esquinas, como un laberinto. Se comparan los resultados de las simulaciones con las observaciones experimentales de los vídeos. Usando los tres primeros modos se puede explicar el fenómeno: aparece a nivel local un efecto de Marangoni inverso, que retrotrae el fluido cuando avanza en direcciones incorrectas, según el gradiente global de tensoactivo endógeno. Así se explica cómo se transforma la propagación local del líquido en la solución no local que permite determina la salida del laberinto.

Destaca Juan Carlos que el experimento original presentó una doble serendipia. Por un lado, se usó leche, que contiene un tensioactivo de forma natural. Y por otro lado, se usaron los grandes contenedores al principio y al final del laberinto. Estas dos decisiones son claves para que el experimento sea exitoso. ¿Para qué pueden servir estos estudios? Estos resultados podrían tener aplicaciones en biomedicina, ya que se ha observado el transporte impulsado por tensioactivos en las vías respiratorias pulmonares y otras redes biológicas complejas. Juan Carlos nos explica que la red de alveolos pulmonares se parece a un laberinto y que presenta tensioactivos endógenos; si los fármacos contienen tensioactivos exógenos se puede mejorar su dosificación a lo largo de la estructura alveolar. Así los nuevos resultados podrían tener un impacto clínico (algo que se estudiará en detalle en futuros artículos). El artículo es Richard Mcnair, Fernando Temprano-Coleto, …, Julien R. Landel, “Exogenous–Endogenous Surfactant Interaction Yields Heterogeneous Spreading in Complex Branching Networks,” Phys. Rev. Lett. 134, 034001 (23 Jan 2025), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.034001.

Gastón nos cuenta la posible existencia de un agujero negro supermasivo (SMBH) en la Gran Nube de Magallanes (LMC). Se han observado 21 estrellas hiperveloces (HVS) con Gaia DR3 en el halo galáctico de la Vía Láctea (MW). Su origen más plausible es el mecanismo de Hills para la disrupción de un sistema binario por un agujero negro supermasivo. Un artículo en arXiv propone que la mitad de esas estrellas hiperveloces tienen su origen en LMC, en lugar de en el centro de MW, en concreto, las que parecen estar agrupadas en la constelación de Leo (como muestra la figura de arriba). Si se confirma que estas HVS provienen de un SMBH central en LMC, se estima que su masa sería de 0.6 millones de masas solares (en la región de masas alta para agujeros negros de masa intermedia y baja para supermasivos).

Nos destaca Gastón que este agujero negro no sería observable con el EHT (que observó M87* y SgrA*), ya que es unas 7 veces más pequeño que SgrA* (4.2/0.6) y está unas 6 veces más lejos (160/26), luego es unas 42 veces más pequeño de lo observable con EHT. Por supuesto, si existe, se podría desvelar su existencia con métodos similares a los que fueron usados para asegurar la existencia de Sgr A*. Futuros artículos tendrán que acumular nuevos indicios de su existencia para motivar dicha búsqueda específica. El artículo es Jiwon Jesse Han, Kareem El-Badry, …, Re’em Sari, “Hypervelocity Stars Trace a Supermassive Black Hole in the Large Magellanic Cloud,” arXiv:2502.00102 [astro-ph.GA] (31 Jan 2025), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2502.00102.

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Mariano Cognigni pregunta «¿qué puede y qué no puede acretar un agujero negro? Materia oscura, radiación de Hawking, espacio-tiempo, gravedad, luz, neutrinos, bosones, antimateria, ¿todo es acretable?» Contesta Gastón que absolutamente todo es acretable (en realidad, quiere decir que cualquier cosa que tenga energía es acretable). Incluida la radiación de Hawking de otro agujero negro y la radiación cósmica de fondo. Héctor pregunta si también acretan espaciotiempo. Contesta Gastón que pueden acretar gravitones y ondas gravitacionales (pero como son espaciotiempo, no tiene sentido que acreten espaciotiempo).

Pregunta Thomas Villa si «estudiar los modos de vibración esféricos del Sol podría ayudarnos para crear modos fundamentales cuasi-estables también en la fusión aquí en la Tierra». Héctor responde que cree que no, porque las inestabilidades del plasma en un reactor de fusión dependen de la geometría de la cavidad interior del reactor que confina el plasma (sea un toroide u otra geometría); en el Sol las inestabilidades no están asociadas al confinamiento por una cavidad. Juan Carlos dice que podríamos fabricar un horno de fusión autosostenido por su gravedad, pero sería llamada estrella.

Thomas Villa pregunta: «Una vez un físico argentino le dijo que preguntara a un profe si la entropía es un invariante relativista. ¿Qué opinan?» Héctor aclara que una magnitud es invariante relativista si diferentes observadores moviéndose a diferentes velocidades determinan el mismo valor para dicha magnitud. Contesta Gastón que no son invariantes relativistas la energía, la posición, la velocidad, ni la simultaneidad, pero lo son la carga eléctrica y la masa en reposo, definida como la contracción del cuadrivector momento lineal (en rigor, el cuadrado de la masa en reposo). De la misma forma, si se define el cuadrivector entropía como el producto de la entropía en reposo cpor el cuadrivector velocidad, entonces su contracción es un invariante relativista (el cuadrado de la entropía en reposo).

Héctor comenta que la entropía es un número, el logaritmo del número de configuraciones microscópicas que son compatibles con la configuración macroscópica de un sistema en equilibrio. Como buen profesor, Gastón replica con una pregunta para Thomas Villa: un observador acelerado uniformemente ve un horizonte de Rindler que emite radiación a la temperatura de Unruh y tiene una entropía térmica asociada. ¿Cómo percibe esta entropía otro observador en un sistema en reposo o en uno inercial? Héctor comenta que lo responderemos en el próximo episodio (así que omito la respuesta aquí).

Pregunta Javier Benavides: «Héctor, ¿nos puedes contar qué son las hogueras solares y cómo influyen en la corona?» Héctor contesta que no sabemos muy bien lo que son. Se llaman hogueras solares a una observación reciente con observaciones de muy alta resolución espacial de la superficie solar. Se ven unos puntitos muy brillantes en el ultravioleta, que se llamaron hogueras, en inglés bonfires o campfires o algo así. Como algo fenomenológico, aún no sabemos lo que son las hogueras solares. Pero la sospecha es que son debidas a reconexiones magnéticas, lo que también se llaman nanofulguraciones. Serían eventos de reconexión en una escala muy pequeña que impide que los veamos en detalle, pero ahora podemos verlos como un punto brillante. Pero la solución definitiva a su naturaleza está en proceso de discusión.

Pregunta Lorenzo Escartín: ¿Es factible que S2, [la estrella a más cercana a Sgr A*,] acabe siendo despedazada por nuestro agujero negro?» Gastón contesta que no, porque está demasiado lejos (su velocidad orbital es de unos 5000 km/s, que es como 1/60 la velocidad de la luz en el vacío, siendo insuficiente para la disrupción, aunque suficiente para ver efectos de la relatividad especial y de la general). Otra manera de verlo es por su distancia orbital. Su periastro es de unas 100 UA y su apoastro de unas 1800 UA. Para que haya disrupción de marea  de una estrella por Sgr A* tiene que acercarse a unas 3 UA (demasiado cerca para que le ocurra a S2). Héctor menciona que S2 se acercará poco a poco a Sgr A*, por emisión de ondas gravitacionales. Pero Gastón aclara que es un efecto muy lento y S2 pasará a una fase estelar diferente mucho antes de que pueda sufrir la disrupción.

Néstor Martínez pregunta en el Club de Fans: «¿Cómo se mantiene la cohesión molecular en un objeto entrando a un agujero negro supermasivo?» Héctor comenta que si la gravedad cambia con la distancia al cuadrado (F ∝ 1/R²), la fuerza de marea cambia la distancia al cubo (ΔF = ΔR dF/dR ∝ ΔR/R³). Por tanto, cuando más grande sea el agujero negro, menos intensas son las fuerzas de marea en el horizonte. Nos hace imaginar un astronauta cayendo en el horizonte con los pies por delante, con su corazón dentro del horizonte y su cerebro fuera. ¿Puede llegarle sangre del corazón al cerebro? Gastón aclara que no le llegaría sangre al cerebro, ni cuando cruza el horizonte, ni cuando esté en su interior. Más aún, incluso si se entra de cabeza en el agujero negro, la cabeza estará en el futuro del corazón y por tanto no podrá llegarle sangre al cerebro desde el corazón. Dentro del horizonte se invierten el tiempo y la dirección radial, con lo que la singularidad central está en el futuro. El corazón no puede bombear sangre. De hecho, Gastón filosofa con que «ya no existo yo, porque mi cabeza y mi corazón no existen en el mismo presente».

Juan Carlos comenta que la mención a la cohesión molecular le hace cuestionarse qué le pasa a una molécula que cruza el horizonte. Porque la energía de enlace molecular puede ser mayor que la fuerza de marea gravitacional. Contesta Gastón que sí, claro que sí. Las fuerzas de marea cerca de un agujero negro de masa estelar son enormes, más que suficientes para separar en sus átomos una molécula que esté fuera del horizonte, pero cerca de él. La fuerza de marea en una distancia d es de F ≈ G M m / R³, que cerca del horizonte R ≈ 2 G M /c² resulta ser F ≈ c⁶ m d /(8 G² M²). La fuerza F de un enlace molecular es del orden de nanonewtons en una distancia d de un ángstrom, con lo que haciendo cálculos resulta que para un agujero negro con una masa menor de 5.5 masas solares (unos 16 km de radio), cerca del horizonte se disgregará dicha molécula. Si una molécula se disgrega cerca del horizonte, un cuerpo humano se desmembraría mucho antes de acercarse tanto. Por supuesto, para un agujero negro supermasivo, ni la molécula, ni el cuerpo humano sufrirían al atravesar el horizonte.

Gastón nos comenta una curiosa anécdota: durante la pandemia, Miguel Virasoro le llamó por teléfono para preguntarle qué pasaría si meto un dedo en un agujero negro. El horizonte de sucesos de un agujero negro es una superficie nula (equivale a una órbita circular a la velocidad de la luz en el vacío). Se podría pensar que un fotón puntual podría tener una órbita circular a lo largo del horizonte; pero no es posible, por dos razones básicas, por un lado porque los fotones no son puntuales (su tamaño viene dado por su longitud de onda) y por otro lado porque la órbita circular estable más cercana (ISCO, por Innermost Stable Circular Orbit) está lejos del horizonte (para un agujero negro de Schwarzchild está a tres veces el radio del horizonte), salvo para un agujero negro extremal (pero que no pueden existir en la Naturaleza). A petición de Héctor, Gastón vuelve a comentar, más o menos, el vídeo de arriba.

¡Que disfrutes del podcast!

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