Podcast CB SyR 502: Vitrificación de un cerebro, supernovas y evolución humana, ruido en imágenes astronómicas, teoría de cuerdas y teoría de números, Sagittarius A* y un agujero negro de masa intermedia

Te recomiendo disfrutar del episodio 502 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox A, iVoox B; ApplePod A, ApplePod B], titulado “Vitrificación; Supernova; Redes Neuronales; Cuerdas; Agujeros Negros”, 06 mar 2025. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. Cara A: Vitrificación de un cerebro humano en la erupción del Vesubio en el 79 EC (8:00). Huellas de una supernova en la evolución terrestre (47:00). Cara B: Huellas de una supernova en la evolución terrestre (parte 2) (00:01). Eliminación de ruido de imágenes astronómicas mediante redes neuronales (38:13). Una interesante relación entre la teoría de cuerdas y la teoría de números (57:13). Actividad en torno a Sagittarius A* (1:20:13). La posibilidad de un agujero negro de masa intermedia interpuesto entre Sagittarius A* y nosotros (1:30:43). Señales de los oyentes (1:39:43). 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 502 cara A en iVoox.

Descargar el episodio 502 cara B en iVoox.

Como muestra el vídeo participan por videoconferencia Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro /@hectorsocas.bsky.social / @HSocasNavarro@bird (@pCoffeeBreak / @pCoffeeBreak.bsky), María Ribes Lafoz @Neferchitty (solo cara A), Sara Robisco Cavite @SaraRC83 / @ViajandoConCiencia.bsky (solo cara B), Gastón Giribet @GastonGiribet (solo cara B), y Francis Villatoro @eMuleNews / @eMuleNews.bsky / @eMuleNews@mathstodon. Por cierto, agradezco a Manu Pombrol @ManuPombrol el diseño de mi fondo para Zoom; muchas gracias, Manu.

María nos cuenta un artículo en Scientific Reports con indicios de la vitrificación de un cerebro humano en la erupción del Vesubio en el 79 EC. El vidrio se forma en una transición vítrea, un líquido que se enfría más rápido que su cristalización; esta transición es reversible, por lo que en la criopreservación de tejidos orgánicos se vitrifican a temperaturas muy bajas. Parece imposible encontrar vidrio orgánico en los restos de una erupción volcánica. Pero el nuevo artículo propone lo contrario, se ha observado un material vítreo en un cráneo masculino encontrado en Herculano (a unos 10 km de Pompeya) en los depósitos piroclásticos de la erupción del Vesubio. El cerebro se vitrificó a una temperatura muy por encima de los 510 °C; el calentamiento fue muy rápido y el material vítreo se formó en su rápido enfriamiento posterior.

Lo sorprendente es que la muestra de vidrio cerebral está en  perfecto estado de conservación. Gracias a ello, usando un microscopio electrónico de barrido con emisión de campo (FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope), se ha podido observar neuronas, axones y sinapsis. Estas imágenes muestran algunos ejemplos. También se han estudiado las muestras con espectroscopia (fluorescencia) de rayos X por energía dispersiva (EDS, Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy), con espectroscopia Raman y con imagen 3D microtomográfica.

Para contrastar su hipótesis han usado experimentos con calorimetría de barrido diferencial (DSC, o Differential Scanning Calorimetry). Sus resultados parecen apoyar la hipótesis. Pero serán necesarios futuros estudios más rigurosos (al fin y al cabo el paper se ha publicado en Scientific Reports). Lo más relevante del artículo es el punto de vista histórico. Se plantea que una nube de cenizas muy rápida y muy caliente fue el primer evento mortal durante la erupción del Vesubio. El individuo estudiado sufrió un calentamiento rápido de su cerebro por encima de 510 °C, que provocó pocos daños en el tejido. La nube de cenizas se disipó en unos minutos y la temperatura bajó de forma rápida hasta la temperatura ambiente. Hasta ahora no se había observado la nube de cenizas porque su depósito en el solo solo cubrió unos pocos centímetros. La estratigrafía indica que los restos fueron sepultados por gruesos depósitos de flujo piroclástico a temperaturas más bajas, lo que preservó el vidrio cerebral hasta hoy. El artículo es Guido Giordano, Alessandra Pensa, …, PierPaolo Petrone, «Unique formation of organic glass from a human brain in the Vesuvius eruption of 79 CE,» Scientific Reports 15: 5955 (27 Feb 2025), doi: https://doi.org/10.1038/s41598-025-88894-5.

Tras la presentación, Héctor con comenta una hipotética huella de una supernova en la evolución de la vida terrestre. Hace 2.5 millones de años hubo una explosión de diversidad en los virus que infectaban peces en el lago Tanganica (Gran Valle del Rift de África Oriental, río Congo); se publicó en Vincenzo A. Costa, Fabrizia Ronco, …, Edward C. Holmes, «Host adaptive radiation is associated with rapid virus diversification and cross-species transmission in African cichlid fishes,» Current Biology 34: 1247-1257 (29 Feb 2024), doi: https://doi.org/10.1016/j.cub.2024.02.008). Ahora se publica en Astrophysical Journal Letters (ApJL) que en aquella época la Tierra fue bombardeada por rayos cósmicos de una antigua supernova. Lo sugieren sedimentos del fondo marino con hierro-60 formado hace entre 6 y 7 millones de años y hace entre 2 y 3 millones de años; este isótopo se produce en supernovas, luego se asocia su origen a supernovas ocurridas en dichas épocas. Correlación temporal no implica causalidad, pero el nuevo estudio sugiere que la explosión de diversidad vírica pudo tener su origen en bombardeo de rayos cósmicos. El artículo es Caitlyn Nojiri, Noémie Globus, Enrico Ramirez-Ruiz, «Life in the Bubble: How a Nearby Supernova Left Ephemeral Footprints on the Cosmic-Ray Spectrum and Indelible Imprints on Life,» The Astrophysical Journal Letters 979: L18 (17 Jan 2025), doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ada27a. Por cierto, Enrico Ramirez-Ruiz es amigo de Gastón y Noémie Globus es autora de un artículo del que hablamos en el episodio 302 (LCMF, 15 ene 2021), en concreto, Noemie Globus, Roger D. Blandford, «The Chiral Puzzle of Life,» The Astrophysical Journal Letters 895: L11 (20 May 2020), doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab8dc6, arXiv:2002.12138 [q-bio.OT] (23 Feb 2020).

Para apoyar la hipótesis de que una supernova sea responsable del incremento de hierro-60 se ha realizado un estudio para localizar dónde podría estar dicha supernova. Se propone que se encontraba en una asociación OB (grupo de estrellas de tipos O y B) activa (que está produciendo supernovas). La más cercana está a unos ≈15 millones de años, la asociación OB de Scorpius-Centaurus (Sco-Cen). Hay otro candidato a ≈40 millones de años, la asociación OB de Tucana-Horologium (Tuc-Hor), pero se considera más probable la otra. El espectro de los rayos cósmicos generados por supernovas muestran un codo (cambio en el exponente de la ley de potencias) alrededor de ≈5 PeV (cambia de 2.7 a 3.3). Este cambio se puede asociar a una fuente única picada en energía entre 5 y 6 PeV (que podría ser una supernova), que sería un pevatrón (PeVatron en inglés).

Lo más curioso es que el artículo ha estudiado la duración del bombardeo de rayos cósmicos se alarga hasta unos cien mil años tras la explosión; gracias a ello se podría explicar el patrón evolutivo observado en los virus del lago Tanganica. Se estima que la Tierra estuvo sujeta a radiaciones del orden de ~500 mGy/yr (miligrays por año), que pudo tener un impacto en la evolución biológica. Así que la correlación entre hierro-60 del fondo marino con la variabilidad vírica hace unos 2.5 años millones de años no implica causalidad. Pero solo futuros estudios podrán confirmalo o refutarlo. Más información divulgativa en Ben Turner, «Did a supernova 6 million years ago kickstart evolution in Africa? New study offers a clue,» Live Science, 26 Feb 2025.

Sara nos cuenta un artículo en Nature Astronomy sobre la eliminación de ruido de imágenes astronómicas mediante procesos de aprendizaje profundo y restauración autosupervisados. La red de neuronas artificiales Self2Self está diseñada para eliminar el ruido (denoising) de imágenes (como magnetogramas solares). Para el entrenamiento de esta red usando imágenes astronómicas está el problema de que no se dispone de la imagen sin ruido. Así que se propone como novedad una técnica de entrenamiento basada en filtrar (para eliminar el ruido) las imágenes ruidosas disponibles.

Resulta curioso que este artículo se publique en la prestigiosa Nature Astronomy. Sara destaca que el artículo se envió el 13 de enero de 2023 y fue aceptado el 16 de enero de 2025. Seguro que hubo un gran debate entre los autores y los revisores. Héctor comenta que a él le cuesta mucho publicar en esta revista y le sorprende mucho que este artículo haya sido aceptado (en sus artículos con redes de neuronas artificiales, la eliminación del ruido es un paso que siempre existe, pero que nunca se describe en detalle, por obvio). El artículo es Tie Liu, Yuhui Quan, …, Mingde Ding, «Astronomical image denoising by self-supervised deep learning and restoration processes,» Nature Astronomy (21 Feb 2025), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-025-02484-z, arXiv:2502.16807 [astro-ph.IM] (24 Feb 2025).

Nos cuenta Gastón unos de sus artículos que presenta una curiosa relación entre la teoría de cuerdas y la teoría de números. Se presenta un cálculo en teoría de cuerdas para la amplitud de probabilidad de la interacción entre cuatro partículas, en concreto, taquiones (cuerdistas) en una compactificación AdS₃ × N con flujos NSNS puros, donde N es compacta y contiene un factor S¹. Se trata de un modelo de juguete cuyo interés es explorar la correspondencia AdS/CFT de forma exacta, ya que AdS₃ es un espacio 2+1 y su teoría CFT dual es 1+1 dimensional). El cálculo habitual se realiza en un espaciotiempo plano, que da lugar a la amplitud de probabilidad de Virasoro–Shapiro. El primer autor está especializado en realizar este tipo de cálculos en espaciotiempos curvos de tipo anti-de Sitter (AdS) en cuatro (3+1) o más dimensiones; pero sus resultados son aproximados (perturbativos). Gastón les propuso realizar un cálculo exacto en tres (2+1) dimensiones.

En el cálculo exacto de estas amplitudes de probabilidad aparecen polilogaritmos, funciones que también aparecen en teoría de números. En concreto, son funciones complejas Li_s(z) que cumplen Li_s​(1) = ζ(s), la función zeta de Riemann; se llaman polilogaritmos porque Li₁​(z) = −ln(1−z), para ∣z∣<1; sin entrar en más detalles, se definen por recurrencia mediante la ecuación diferencial z d/dz ​Li_s​(z) = ​Li_s−1 ​(z), siendo su importancia que aparecen al evaluar diagramas de Feynman. El resultado exacto obtenido en el artículo de Gastón se expresa como una suma de una serie de funciones con coeficientes que son números con grado de transcendentalidad creciente; para Gastón es fascinante este resultado, que conecta la teoría de cuerdas con la teoría de números; esta conexión ha sido observada con otros modelos anteriores). El artículo es Luis F. Alday, Gaston Giribet, Tobias Hansen, «On the AdS3 Virasoro-Shapiro Amplitude,» Journal of High Energy Physics 2025: 2 (04 Mar 2025), doi: https://doi.org/10.1007/JHEP03(2025)002, arXiv:2412.05246 [hep-th] (06 Dec 2024). Gastón mostró que la correspondencia AdS₃/CFT₂ es exacta, gracias a resolver de forma exacta ambos lados de la relación, en su artículo Gastón Giribet, Ari Pakman, Leonardo Rastelli, «Spectral flow in AdS3/CFT2,» Journal of High Energy Physics 2008: JHEP06 (04 Jun 2008), doi: https://doi.org/10.1088/1126-6708/2008/06/013.

Gastón nos cuenta que el telescopio JWST ha observado actividad sostenida en torno a Sagitario A*. La materia que cae en el agujero negro supermasivo de nuestra galaxia (Vía Láctea) produce una emisión que se observa en el infrarrojo gracias a NIRCam del JWST a 2.1 μm y 4.8 μm. Todas las observaciones durante ~48 horas en varias ocasiones en 2023 (13/abr, 16/abr, 18/abr y 22/sep) y 2024 (21/mar, 05/abr y 7/abr) muestran actividad en ambas longitudes de onda. Las simulaciones por ordenador apuntan a que se trata de emisión sincrotrón debida a electrones en campos magnéticos entre 40 y 90 G (gauss), con una energía de corte entre 420 y 720 MeV.

El artículo es F. Yusef-Zadeh, H. Bushouse, …, C. J. Chandler, «Nonstop Variability of Sgr A* Using JWST at 2.1 and 4.8 μm Wavelengths: Evidence for Distinct Populations of Faint and Bright Variable Emission,» The Astrophysical Journal Letters (ApJL) 980: L35 (18 Feb 2025), doi: https://doi.org/10.3847/2041-8213/ada88b; más información divulgativa en «Our Galaxy’s central black hole puts on a fireworks show,» Nature 639: 11 (27 Feb 2025), doi: https://doi.org/10.1038/d41586-025-00578-2.

Gastón también nos comenta la posibilidad de que exista un agujero negro de masa intermedia entre Sagitario A* y nosotros. La imagen de EHT (Event Horizon Telescope) de la sombra de Sgr A* muestra un anillo con dos brillos con un diámetro aparente de 51.8 µas (microsegundos de arco). La imagen se puede explicar bien usando la esfera de fotones de un agujero negro supermasivo de tipo Kerr. Sin embargo, se ha observado una variabilidad de la imagen que podría ser explicada por un modelo alternativo. Se propone la existencia de un segundo agujero negro, a una distancia de 10233 AU (~0.05 años luz) y con una masa de 1035 M⊙ (masas solares), que orbita a Sgr A* con sus 4.14 millones de masas solares.

Gastón destaca que es un artículo muy especulativo, pero decorada con imágenes muy bellas. Y es esa belleza la que le ha atraído hasta este trabajo. Héctor comenta que tendría que haber una gran población de agujeros negros de masa intermedia alrededor de Sgr A* para que la probabilidad de este tipo de coincidencia no fuera demasiado excepcional. Comento que así se espera que sea. El artículo es Milton Jair Santibañez-Armenta, Gustavo Magallanes-Guijón, …, Alejandro Cruz-Osorio, «Modeling the shadow of Sgr A* through an eclipsing black hole,» arXiv:2502.16058 [astro-ph.HE] (22 Feb 2025), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.2502.16058.

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Thomas Villa ​​pregunta: «¿Qué opinan de la momia guanche del Museo Arqueológico Nacional? ¿Debería de volver al Museo de Historia y Arqueología de Tenerife?» Responde Héctor que es una cuestión política «fractal» (sobre cuán cerca de donde se encontró debería estar la momia). Y nos ofrece su opinión personal, que puedes disfrutar en el podcast, y que se resume en que «no me parece mal que la gente en Madrid pueda ver una momia guanche; seguro que allí hay más difusión del conocimiento de la cultura aborigen canaria de la que hay aquí en Tenerife; pero desconozco el caso». En el chat, Ana Ramos comenta que hay cuestiones éticas que motivan la retirada de la momia en exposición del museo. Nos plantea la cuestión moral de si es correcto exponer el cadáver de una persona sin permiso explícito en vida de dicha persona. ¿Te gustaría que dentro de 500 años expusieran tu cuerpo momificado en un museo? Por cierto, la imagen adjunto es del artículo de Teresa Gómez Espinosa, Javier Carrascoso Arranz, Silvia Badillo Rodríguez-Portugal, «La momia guanche del Museo Arqueológico Nacional. De las fuentes históricas a la tomografía computarizada,» Boletín del Museo Arqueológico Nacional 37: 453-470 (2018) [PDF].

Cristina Hernandez García ​​pregunta: «¿Ni perdiendo cuerdas cerradas del universo, ni acortando cuerdas y acercando branas, ni con otra dimensión cerrada, se puede conseguir algo que equivalga a la energía oscura en cuerdas?» Gastón contesta que ya se propuso en 2003, el famoso artículo KKLT (Shamit Kachru, Renata Kallosh, Andrei Linde, Sandip P. Trivedi, «De Sitter Vacua in String Theory,» Phys. Rev. D 68: 046005 (2003), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.68.046005, arXiv:hep-th/0301240), que ha recibido más de 4000 citas (Google Scholar).  Nos recuerda que la idea es compactificar usando una variedad de Calabi–Yau la teoría de supercuerdas de tipo IIB en 9+1 en un universo 3+1 de tipo de Sitter, con constante cosmológica positiva, que es el mínimo de cierto potencial. A nivel perturbativo se obtiene un mínimo negativo (anti-de Sitter), por lo que se recurre a un anquilosada construcción no perturbativa basada en D3-branas y anti-D3-branas (un tipo de instantón cuerdista); así se logra obtener un mínimo positivo del potencial, que con un ajuste muy fino se puede hacer muy pequeño. Sin entrar en más detalles, la situación actual es que hay conjeturas del pantano (swampland) que implican que la construcción KKLT está en el pantano, luego no forma parte del paisaje (landscape) de vacíos de la teoría de supercuerdas. Hay modificaciones recientes de KKLT y mucha propuestas alternativas, algunas mucho menos anquilosadas, pero las conjeturas del pantano descartan que estén en el paisaje. No se conoce ninguna solución en el paisaje. Por ello, Gastón concluye que parece que no es posible describir la energía oscura en la teoría de supercuerdas (sin ajustes finos que impliquen meterla con calzador en los vacíos de la teoría).

Thomas Villa ​​pregunta: «¿La aceleración de Fermi secundaria es responsable de los rayos cósmicos y la primaria de los rayos gamma, y quizás de los GRB?» Héctor contesta que puede ser así. La aceleración de Fermi son dos mecanismos para explicar como los rayos cósmicos de alta energía la adquieren gracias a los campos magnéticos del espacio interestelar. La primaria está asociada al paso de la partícula a través de una onda de choque, que separa una región de plasma rápido de otra lento; la energía adquirida depende de dicha diferencia de velocidades, siendo muy eficiente y logrando alcanzar energías entre PeV y EeV (entre peta y exaelectrónvoltios). La secundaria está asociada al paso por regiones de gran tamaño con un plasma turbulento, logrando un incremento de energía proporcional al cuadrado de la velocidad relativa de los partículas del plasma en dicha región; siendo menos eficiente, solo permite alcanzar energías hasta la escala TeV (teraelectrónvoltios). Estos mecanismos actúan sobre partículas cargadas, que una vez aceleradas pueden emitir los rayos gamma de los GRB por diferentes procesos (radiación sincrotrón, dispersión de Compton inversa, producción de piones que se desintegran en fotones, y otros fenómenos). Estos procesos no están relacionados de forma directa con el tipo de aceleración de Fermi.

Néstor Martínez (NeMa) pregunta: «¿En un agujero negro extremal el horizonte de la singularidad coincide con el de eventos? ¿Es correcto que la gravedad en el horizonte sería cero? ¿Qué pasa con la materia que cae ahí?» Gastón contesta mencionando los horizontes de Killing (que en el caso extremal cumple Rkill = Rext = Rint). Aclaro ahora que hay dos tipos de agujero negro extremal, los cargados con carga máxima Q=M y los rotatorios con momento angular máximo J=M (tanto para Q>M como J>M se observa una singularidad desnuda). En ambos casos, para Q < M y J < M hay dos horizontes, uno externo (Rext) y otro interno (Rint), con Rext > Rint, que coinciden en el caso extremal; en dicho caso la gravedad superficial κ = 0 (para Rext = Rint). Las conjeturas de censura cósmica prohíben las singularidades desnudas, luego también prohíben los agujeros negros extremales (cualquier pequeña perturbación, un solo fotón del CMB, los transformaría en una singularidad desnuda). Como no existen, no tiene sentido plantearse lo que pasa con la materia en el horizonte (Rext = Rint) de un agujero negro extremal. Por otro lado, la singularidad se encuentra dentro del horizonte interior (r < Rint), y por tanto no se ve afectada por la extremalidad.

¡Que disfrutes del podcast!

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