domingo, 13 de junio de 2021

Enciérrate con la ciencia

Este año empecé una aventura nueva. Desde enero soy investigador postdoctoral en el Centro de Astrobiología, en el que estoy contratado por el Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial, y trabajo simulando cómo se observarían en el infrarrojo medio galaxias con formación estelar usando el Telescopio Espacial James Webb (que, si todo sale bien, se lanzará este año).

Pero para poder empezar necesité antes que nada encontrar un piso al que mudarme, y esto me llevó a estar más contacto con Sara Robisco, a quien conocí divulgando ciencia en el podcast Coffee Break. Resulta que Sara, ante el inicio del confinamiento el año pasado, tuvo la idea de aprovechar la situación y crear un podcast en el que gente del ámbito científico respondiese en directo preguntas de la audiencia, para así pasar el rato mientras se permanecía en casa. El apropiado nombre del programa es Enciérrate con la ciencia, y desde octubre se empezó a retransmitir también en vídeo en el canal de Twitch de Scenio. No queriendo dejar pasar la oportunidad, Sara me ofreció participar en este otro proyecto de divulgación científica y, como no podía ser de otra manera, acepté.

Hay enlaces a todos los episodios emitidos en la página de Podcastidae del programa, y en cada uno están las opciones para escucharlo como podcast en ocho plataformas distintas, además de algunos temas que se trataron, los participantes, y contenido al que se hizo referencia. Los programas emitidos en vídeo quedan también disponibles en el canal de YouTube de Scenio TV.


Las preguntas que se nos podían hacer llegaban a través del hashtag #EnciérrateConLaCiencia en Twitter, o bien en el chat durante la emisión en directo en Twitch, y a continuación puede verse el resultado de los programas en que pude participar. En el título de cada uno enlazo su página correspondiente de Podcastidae para acceder a la información extra, y también he decidido enumerar aquí los temas tratados de forma más completa, para poder elegir:


Ballenas, cucarachas y el cosmos | Enciérrate con la Ciencia #25

El primero en que participé. Invitado junto a la bióloga Patricia Sánchez, el químico Juan Carlos Gil y la astrofísica Ana Salvador, tratamos temas desde el aguante de respiración de las ballenas hasta la resolución de dudas cosmológicas, pasando por viajes interestelares, destrucción de planetas, la muerte de estrellas, combate espacial, cuásares, telómeros, agujeros negros, acrónimos astronómicos, materia oscura, teoría de cuerdas, y más. También se habló del aspecto colaborativo de la ciencia y cómo funciona ésta realmente, así como de la necesidad de referentes diversos, y la discriminación que aún tiene lugar en estos ámbitos.


Perseverance, Ingenuity, minerales y bacterias | Enciérrate con la Ciencia #28

En éste, aparte de Sara y yo los participantes fueron la química Nuria Campillo, el geólogo Rubén Aguayo y el ingeniero Antonio Pérez Verde. Esta vez tuvo protagonismo el rover Perseverance y su dron Ingenuity, cuya llegada a Marte empezaba a ser inminente, y también se comentaron detalles del rover Curiosity y la misión InSight, que siguen operativas en el planeta rojo. Otras preguntas se centraron en rocas difíciles de formar, volcanes, terremotos, circones, nanotecnología, terraformación y el pasado de Marte, el objeto interestelar ʻOumuamua, OVNIs, los problemas de los Starlink, la resistencia de los microorganismos a las extinciones, contaminación biológica de Marte, diferencia entre variante y cepa de un virus, el horizonte observable del universo, la diferencia entre vacuna y antídoto, de qué depende el inicio de la fusión en una estrella, y la vacuna de Luis Enjuanes. Se comentaron además diversas iniciativas que tendrían lugar el Día Internacional de la Mujer y la Niña en la Ciencia, pocos días después.


Análisis bayesiano, dataciones, sinestesia y el pene de Osiris | Enciérrate con la Ciencia #29

Aquí participé junto al psicólogo Mugu, la matemática Anabel Forte y el ambientólogo Mario del Álamo. Este episodio dura algo menos porque hubo problemas técnicos al principio, pero las bromas que tuvieron lugar mientras se solucionaba ya marcaron el tono durante el resto del programa e hicieron que acabara siendo uno de los episodios más divertidos. Los temas tratados fueron la sinestesia, el análisis bayesiano, inteligencia artificial, cómo encontrar la estrella Cervantes, las magnitudes de las estrellas, la datación de fósiles, la contribución española a la misión Perseverance, el retorno al público de la financiación de misiones espaciales, qué ocurrió en los primeros días tras el aterrizaje de Perseverance en Marte… y a la media hora de terminar hubo una pregunta sobre el pez que en la leyenda devoró el pene de Osiris y todo se desmadró durante un rato entre risas. Pero tras ello aún dio tiempo de comentar los problemas energéticos de Texas y cómo se distribuye la energía eléctrica en España.


Axiomas, procesadores y misterios del universo | Enciérrate con la Ciencia #31

Este episodio fue el último de la temporada, y el resto de participantes eran Juan Carlos GilAnabel Forte y el físico e ingeniero Francisco Javier Guardiola. En este programa hablamos sobre los ordenadores que usan las sondas espaciales y cómo se planifican sus operaciones, sobre astronautas, supernovas de tipo Ia y la expansión del universo, el supuesto efecto Allais en péndulos, la anomalía de las Voyager, péndulos de Foucault, el último estudio sobre motores de curvatura, el fondo cósmico de microondas, la universalidad de las matemáticas, energía solar basada en el espacio y otras energías del futuro, esferas de Dyson, sistemas solares de seis estrellas, los sistemas estelares más cercanos, y terminamos con risas debido a frikismos varios.




lunes, 23 de noviembre de 2020

Agujeros negros que dominan el destino de galaxias

El 11 de noviembre di una charla online sobre agujeros negros y los efectos que pueden tener en las galaxias que habitan. Fue una versión actualizada de la charla que di el 21 de mayo de 2019 en La Laguna (Tenerife) para el evento de divulgación científica Pint of Science, que no llegó a grabarse. En esta ocasión, Roberto Figuera Jaimes me brindó la oportunidad de reutilizarla como parte de las actividades de divulgación que están llevando a cabo la Universidad San Sebastián y el Gobierno Regional de la Región de Los Ríos, en Chile, de cara al eclipse solar total que se verá en la zona el 14 de diciembre.

La charla dura unos 45 minutos, y puede verse a continuación o en este enlace. Comienza en el minuto 4:48, y tras finalizar hay unos 17 minutos en los que respondo preguntas de la gente que asistió en directo.


Quiero aprovechar este post para dar las gracias a Nika Maisuradze por permitirme usar su magnífica representación artística de un agujero negro con su disco de acreción distorsionado por los efectos de lente gravitacional, que utilizo varias veces a lo largo de la charla, y también a Mark A. Garlick por autorizarme el uso de sus ilustraciones de un sistema binario de rayos X de alta masauno de baja masa y un núcleo galáctico. Recomiendo seguir los enlaces para ver las imágenes a toda resolución, y echar un vistazo a sus galerías de arte espacial.

En la charla también utilizo varias ilustraciones de la NASA, como esta otra visualización de los efectos relativistas de un agujero negro en otro disco de acreción (en este link hay más ejemplos):

O fotogramas de esta animación de la emisión de rayos X y los distintos caminos que sigue la luz (de nuevo, más versiones y explicaciones aquí):


Para explicar la imagen del agujero negro supermasivo de M87 (Pōwehi, que en hawaiano significa algo como "adornada fuente oscura de creación interminable") usé fotogramas de la siguiente simulación magnetohidrodinámica


Y también incluí estos dos gifs de otra simulación del NASA Goddard Space Flight Center, esta vez mostrando dos agujeros negros supermasivos orbitándose entre sí:



Por último, las imágenes finales de la evolución del universo, con las estructuras formadas por materia oscura y el gas siendo calentado y expulsado de las galaxias por los agujeros negros supermasivos provienen de la magnífica simulación cosmológica Illustris:


Espero que la charla sea de vuestro agrado, y recordad que los comentarios están disponibles para quien quiera hacer preguntas sobre el tema :)


martes, 10 de noviembre de 2020

Navegar usando púlsares como GPS cósmico

Cuando uno viaja a años luz del Sistema Solar, las posiciones de las estrellas en el cielo dejan de ser reconocibles. Nuestras constelaciones, formadas por estrellas brillantes cercanas a la Tierra y que empezaríamos a dejar atrás, ya no podrían guiarnos como a tantos otros navegantes a lo largo de los siglos. A este problema se enfrentó Alberto Aparici hace dos años, cuando se perdió por el espacio tras explorar el sistema planetario TRAPPIST-1 para su sección Aparici en Órbita, del programa de radio Más de Uno en Onda Cero. Tras días a la deriva, logró fijar de nuevo el rumbo utilizando como referencia un sistema más fiable en ese contexto: el proporcionado por los púlsares y sus regulares chasquidos en ondas de radio. Dada mi experiencia en radioastronomía, decidió contar conmigo para salir del entuerto y pasar a explicar a los oyentes cómo se realizó tal hazaña. No obstante, los secretos de la navegación con púlsares no llegarían ese día a oídos de la audiencia, ya que sólo dio tiempo a explicar qué eran los púlsares en sí, de dónde provenían, y cómo sonaban si se reproducía como audio la emisión captada de algunos de ellos mediante radiotelescopios. Puede escucharse todo en este enlace o en el reproductor a continuación:


Resumiendo mucho, un púlsar es una estrella de neutrones que gira sobre sí misma y emite radiación por los polos de su potente campo magnético, que puede detectarse en forma de pulsos de radio cada vez que uno de esos polos apunta hacia la Tierra como si se tratase de un faro cósmico. Se crean cuando una estrella de más de ocho veces la masa del Sol llega a una etapa en que la fusión nuclear en su centro, que proporcionaba energía para contrarrestar la gravedad, llega a su fin. Normalmente los elementos pesados creados por fusión de más ligeros se van acumulando en el centro hasta que la presión y temperatura son tan altos que éstos fusionan a su vez, pero sólo los elementos más ligeros que el hierro liberan energía por fusión. Cuando la estrella empieza a producir hierro sólo le quedan unos días de vida, en los que este elemento se acumula en su centro hasta formar una esfera del tamaño de Marte y más masa que nuestro Sol, incapaz de soportar su propio peso. Su colapso dura una fracción de segundo, y crea condiciones tan inimaginablemente extremas que la mayoría de sus protones capturan electrones y se convierten en neutrones, mientras el resto de la estrella explota como supernova a su alrededor. El resultado final es la estrella de neutrones: una esfera con la densidad de los núcleos atómicos, concentrando entre 1.4 y 2-3 veces la masa del Sol en un radio de apenas diez kilómetros.

Vista esquemática de un púlsar (esfera en el centro), con las líneas curvas mostrando el campo magnético, el eje de rotación en vertical, y los haces de radiación en diagonal. Crédito: Oona Räisänen "Mysid" y Roy Smits (CC BY-SA 3.0)

Su enorme disminución de tamaño provoca por un lado un campo magnético increíblemente intenso, y por otro un gran aumento de la velocidad de rotación hasta varias revoluciones por segundo al conservarse el momento angular. Y objetos tan masivos girando tan rápido tienen tanta inercia que su rotación es muy difícil de variar, de modo que actúan como relojes cósmicos increíblemente precisos que rivalizan con nuestros mejores relojes atómicos. Su ritmo puede seguirse desde la Tierra porque el potentísimo campo magnético acelera electrones que a su vez emiten energía en un haz de radiación desde los polos, que detectamos cuando uno apunta hacia nosotros (cuando el eje magnético no está alineado con el de rotación). Este campo magnético también hace que la mayoría de púlsares se vaya frenando muy poco a poco al arrastrar la materia circundante (a un ritmo que también podemos medir con mucha precisión), y tras decenas o cientos de millones de años acaban dejando de emitir sus pulsos. Pero la historia no acaba ahí: si el púlsar estaba en un sistema binario, puede acabar robando materia a la estrella compañera cuando ésta se hinche al final de su vida y así acelerar su rotación de nuevo, "reciclándose". Tras ello, estas esferas de neutrones, del tamaño de una ciudad y la masa de un par de soles, pueden acabar rotando a la increíble velocidad de una vuelta completa cada pocos milisegundos.

Representación artística de un púlsar siendo "reciclado" al acretar materia de una estrella compañera y acelerar su rotación, convirtiéndose en un púlsar de milisegundo. Crédito: NASA / SVS GSFC / Dana Berry

Como los púlsares conocidos se detectan incluso a miles de años luz de distancia, conociendo sus posiciones relativas y sus frecuencias de giro podemos crear un sistema de referencia que sea útil hasta una distancia mayor que el que proporcionan las estrellas cercanas. Para navegar por el medio interestelar, entonces, podríamos llevar con nosotros un mapa de púlsares y sus frecuencias, como el de las placas que llevan consigo las sondas Pioneer (o mejor una versión corregida y actualizada, dado que en 1972 las distancias a ellos no se conocían bien, y Carl Sagan, Linda Salzman Sagan y Frank Drake sólo tuvieron tres semanas para completar el diseño final desde que surgió la idea). Con antenas de radio de gran tamaño o con la separación necesaria para medir con precisión el ángulo del que viene la señal de cada púlsar, podrían triangularse sus posiciones y calcular dónde se sitúa nuestra nave.

 Placa a bordo de las sondas Pioneer 10 y 11 con mapa de las posiciones relativas de 14 púlsares respecto a la Tierra y el centro galáctico, así como sus períodos de giro en múltiplos del de la onda emitida en la transición hiperfina del hidrógeno neutro. Crédito: NASA-ARC
Cubierta del disco de oro de las sondas Voyager 1 y 2, con el mismo mapa de púlsares que las Pioneer. Crédito: NASA/JPL

Para navegar por el entorno galáctico sería además conveniente llevar una lista de muchos púlsares, por si la nave sale del cono de emisión de varios que se detectan desde la Tierra y deja de poder verlos. Además, si somos capaces de medir los pulsos a varias frecuencias de radio al mismo tiempo tendremos una pista extra sobre las coordenadas del púlsar, puesto que al atravesar el medio interestelar las frecuencias bajas van sufriendo más retardo que las altas. En general, cuanto mayor sea el retardo en la señal al disminuir la frecuencia de las ondas de radio, más lejos estará el púlsar que las emitió, porque se encontró con más electrones libres por el camino. La cantidad de gas atravesada puede usarse para calcular una distancia simplemente orientativa asumiendo que se distribuye de manera uniforme, o bien hacer uso de mapas de densidad de electrones en el medio interestelar de la Vía Láctea para obtener resultados más precisos.

Posiciones de púlsares con distancias conocidas y modelo de la distribución de la densidad de electrones en la galaxia, en la segunda figura (D. H. F. M. Schnitzeler 2012)


Pero cuando denominé "GPS cósmico" a los púlsares en el título de esta entrada no fue sólo como analogía porque permiten calcular tu posición, sino que el significado es mucho más literal. El GPS (siglas en inglés de "Sistema de Posicionamiento Global") consiste en una red de satélites situados a la altura suficiente para que a un receptor en la superficie de la Tierra puedan llegar señales de al menos cuatro al mismo tiempo. Los satélites van emitiendo pulsos con información sobre su posición y el momento exacto en que se emitió, y estas señales llegan al receptor. Tras una serie de cálculos y correcciones, a partir del tiempo que tardó cada señal en llegar desde su satélite obtenemos la distancia desde la que se emitió, y con esto y la posición de cada satélite se determina la posición del receptor.

Con púlsares puede hacerse algo parecido, sustituyendo las señales de los satélites por los pulsos detectados de estos cuerpos celestes. Los datos de que disponemos actualmente tras décadas de observaciones nos permiten calcular con mucha precisión en qué momento debería llegar cada pulso concreto a un punto de referencia, por ejemplo el baricentro (centro de masas) del Sistema Solar. Entonces, cuando la posición sea otra mediremos un desfase en el tiempo de llegada de cada pulso, que nos dará información sobre la distancia a la que nos encontramos del punto de referencia en la dirección de la que llega la señal de cada púlsar. Obviamente, en el caso de los púlsares no viene información en cada pulso sobre en qué momento se emitió, así que la distancia real corresponderá a la que recorre la luz en el tiempo de desfase más un número entero de vueltas del púlsar. Usar un mínimo de cinco púlsares al mismo tiempo situados en distintas direcciones permite solucionar este problema, especialmente si tenemos cierta idea de en qué región del espacio se encuentra la posición buscada.

Desfase entre el pulso de referencia predicho para el baricentro del Sistema Solar (SSB) y el recibido en una posición diferente. Medir esta diferencia es la clave del sistema de navegación por púlsares (Becker et al. 2018)


Otro detalle a tener en cuenta es que cada pulso no es siempre un único aumento y descenso de intensidad en un tiempo determinado, sino que puede tener incluso varios picos seguidos. Por tanto, para calcular el desfase en el tiempo de llegada hay que comparar la forma del pulso que nos llega con un patrón de referencia para cada púlsar concreto. Pero debido a la transmisión por el medio interestelar y otros factores, también hay una cierta variabilidad en la forma de cada pulso individual, como puede comprobarse fácilmente viendo la carátula del álbum Unknown Pleasures de Joy Division. La imagen en ella, procedente en última instancia de una gráfica de la tesis doctoral de Harold D. Craft Jr. (1970), muestra un gran número de pulsos consecutivos del primer púlsar descubierto (por Jocelyn Bell) e ilustra perfectamente el problema.

Páginas de la tesis doctoral "Radio Observations of the Pulse Profiles and Dispersion Measures of Twelve Pulsars" de Harold D. Craft, Jr. (1970), mostrando la variabilidad en la emisión de tres púlsares distintos. La gráfica central fue usada en otras publicaciones y acabó en la carátula del álbum Unknown Pleasures de Joy Division. (Fuente)

Por suerte, la forma promedio de los pulsos sí es bastante consistente para cada púlsar y puede usarse como patrón, pero a cambio para obtener nuestra posición por este método hay que observar primero un cierto número de pulsos y calcularla procesando el conjunto de datos a posteriori, perdiendo inmediatez en el resultado. Los astros idóneos para este objetivo son entonces los púlsares de milisegundo, que emiten sus chasquidos con mayor rapidez y por tanto menos espaciados entre sí. Entre estos, los que más nos convienen son los que se reciclaron hace miles de millones de años, porque en ese caso la estrella compañera ya estará convertida en objeto compacto (enana blanca o estrella de neutrones), en una órbita bastante circular, y sin mucha materia circundante que acelere o disminuya el ritmo de giro del púlsar de forma notable. Aun así quedará una pequeña variabilidad en los pulsos del orden de 0.1-1 microsegundos, que limita la precisión en el posicionamiento a entre 30 y 300 m.

Hay incluso proyectos para usar este método de navegación en aviones dentro de la atmósfera terrestre, eliminando la dependencia de los sistemas de posicionamiento global por satélite en caso de fallo del servicio por motivos técnicos, astrofísicos o políticos (por ejemplo si las naciones que controlan los satélite deciden apagarlos, o lo hace una gran llamarada solar, o colisiones de basura espacial crean una reacción en cadena que los destruye). Sin embargo, la señal de los púlsares es unas mil millones de veces más tenue que la de los satélites GPS. Por un lado habría que usar antenas sensibles en un rango amplio de frecuencias para captar la mayor cantidad de señal posible, lo que tiene la ventaja adicional de volver más difícil interferir con la señal a propósito. Pero por otro, hará falta un área receptora de al menos 100 o 200 metros cuadrados, cosa que no es posible en forma de antena parabólica en un avión sin causar problemas aerodinámicos serios, especialmente si tiene que ir orientándose hacia varios púlsares durante el vuelo. En su lugar se usaría un conjunto de muchas antenas en fase (phased array en inglés), cada una muy pequeña y plana, integradas en la superficie de las alas (en el Airbus 380 y el Boeing 747, hay espacio de sobra, con 845 m2 y más de 500 m2 respectivamente, pero si la pandemia de COVID-19 acaba con la fabricación de estos gigantes tendrá que instalarse en aviones más pequeños).

En un phased array, si la señal llega perpendicular al plano de las antenas, todas la detectarán al mismo tiempo; pero si viene en ángulo, llegará primero a las antenas situadas en esa dirección y después a las del lado opuesto, pasando gradualmente por todas las intermedias. Por tanto, con este sistema pueden detectarse señales desde muchas direcciones de un modo puramente electrónico, simplemente introduciendo retardos entre los datos recibidos por cada antenas a la hora de procesarlos. Lo malo es que la cantidad de datos generada por el conjunto de antenas es tal que requiere mucha potencia de cálculo y dicho procesado tendrá que optimizarse, haciendo uso de algoritmos que minimicen el número de pulsos necesarios para obtener una solución. Y aun así, podrían necesitarse más de 10 minutos de observación seguidos para conseguir una precisión final de entre 2 km y 200 m, siendo optimistas. El sistema sería mucho menos preciso y más lento que el GPS, pero si el ordenador de a bordo tiene los datos más actualizados posibles sobre los púlsares, supone un sistema de respaldo totalmente independiente de tecnología externa si satélites y estaciones de tierra fallan. Y la precisión obtenida sería desde luego más que suficiente para mantener la ruta durante los largos vuelos transoceánicos.

Póster del proyecto PulsarPlane. Irónicamente muestra un avión con superficie insuficiente para usar navegación por púlsares con la tecnología actual, según su propio estudio (Fuente

Debido a su lentitud, la navegación mediante púlsares funcionará mejor cuanto menos variable y más predecible sea el movimiento del vehículo, y su uso compensará especialmente cuando servicios de navegación por satélite como el GPS no estén disponibles. Y esto nos lleva precisamente al tema que motivó esta entrada: la navegación por el espacio exterior lejos de la Tierra. Los vehículos interplanetarios suelen llevar trayectorias muy suaves, con la propulsión actuando o bien en momentos muy breves, o bien de forma muy tenue y continua (en el caso de motores iónicos). Con destinos que pueden estar a cientos o miles de millones de kilómetros, obtener una precisión de pocos kilómetros es un verdadero lujo, sobre todo si pueden hacerlo de forma autónoma sin depender de las comunicaciones con la Tierra (una limitación que tienen las misiones espaciales actuales). Sin embargo, los más de cien metros cuadrados de antena sí que serían prohibitivos en misiones espaciales donde cada kilogramo cuenta, a lo que se sumaría el peso y energía requerida por el ordenador para procesar la enorme cantidad de datos del complejo phased array.

Afortunadamente, muchos púlsares no emiten únicamente ondas de radio. La gran aceleración de las partículas atrapadas en su campo magnético llega a producir también rayos X, que fuera de la atmósfera terrestre pueden ser detectables con instrumentos más pequeños y además sufren menos dispersión que las ondas de radio por el medio interestelar. Construir un telescopio de rayos X lo suficientemente ligero para una sonda o nave espacial no está libre de problemas, pero si los objetivos científicos de la misión requieren llevar uno, éste podría aprovecharse para navegar mediante púlsares usando el mismo método. Hace unos años la NASA lanzó a la Estación Espacial Internacional (ISS) el instrumento NICER (Neutron-star Interior Composition Explorer), con esta doble función. Con él, aparte de observaciones astronómicas se realizó a finales de 2017 el experimento SEXTANT, en el que el bloque de 56 telescopios de rayos X fue apuntando a cuatro púlsares de milisegundo cambiando de uno a otro cada 5-15 minutos, y en dos días determinó su trayectoria con una precisión de 5 km (consiguiendo ya sólo 10 km tras las primeras 8 horas). Su investigador principal estima que en misiones interplanetarias, sólo uno de esos telescopios (con un peso de 5 kg) podría ser suficiente para esta tarea, dado que la trayectoria en ellas es más estable, no hay que ajustarse a los cambios de orientación de la ISS, y el campo de visión no está reducido a la mitad por la presencia tan cercana de la Tierra. Y además un instrumento así tendría una posible función extra: también podría formar parte de un sistema de comunicaciones mediante rayos X, capaz de transmitir mucha más información usando menos energía que los sistemas de radio actuales.

Telescopio de rayos X NICER realizando observaciones desde la Estación Espacial Internacional (NASA)

El éxito de la demostración de SEXTANT logró un aumento significativo del interés de la NASA en esta tecnología para futuras misiones tripuladas a la Luna y Marte, lo que ha impulsado varios avances recientemente. Entre otras cosas ya se está desarrollando un minisatélite llamado CubeX que llevaría consigo un telescopio de rayos X de menos de 6 kg, con el objetivo específico de comprobar el funcionamiento de la navegación por púlsares en condiciones realistas de una misión de espacio profundo. Para ello será lanzado hacia la Luna entre 2023 y 2027, y aprovechará su telescopio para estudiar la superficie de nuestro satélite mediante fluorescencia de rayos X.

Es de esperar que, si se demuestra viable, futuras misiones interplanetarias tanto automáticas como tripuladas incorporen instrumentos similares. Las ventajas son obvias: proporcionaría sistemas de respaldo y más seguridad para los astronautas, liberaría parte de la carga de las antenas de la Red de Espacio Profundo, y permitiría una exploración más eficiente de los planetas gigantes y sus lunas en el Sistema Solar exterior. Pero sobre todo, esta tecnología hará posible llegar mucho más allá. Una vez sobrepasado el cinturón de Kuiper y los confines de la heliopausa, alejados de toda referencia, estos pulsos de cadáveres cósmicos repartidos por la galaxia serán quienes nos abran la puerta a navegar por las estrellas.


Referencias:


miércoles, 2 de enero de 2019

Más podcasts: El Cinescopio y Encyclopodia

Como dije en la entrada anterior, en 2018 la mayor parte de mi actividad divulgadora tuvo lugar en forma de podcasts. Aunque irónicamente es un formato que no me funciona muy bien como audiencia, se me hace mucho más fácil explicar un concepto cuando lo hago en una conversación y las personas a las que me dirijo pueden pedir aclaraciones en el mismo momento (aprovecho aquí para señalar que en mi cuenta de Twitter estoy encantado de responder cosas). Esto no quiere decir ni mucho menos que abandonaré la divulgación escrita (de hecho tengo varios posts a medias), sino que por intentar que quede todo bien explicado y referenciado sin dejarme nada, y al no tener las limitaciones de tiempo que existen cuando una grabación tendrá lugar con una duración concreta a una cierta fecha, tardo bastante más en publicar en forma de artículo. Dicho esto, quería compartir aquí mis intervenciones en dos podcasts más que me acogieron el año pasado.



El primero es El Cinescopio, un programa sobre ciencia y cine que presentan Carolina Jiménez García, su hermano Carlos, y Ricardo Vacas Barbero. Cada episodio consiste en una primera parte en la que ellos tres discuten sus impresiones sobre películas o series con la temática elegida, y una segunda en la que también intervienen personas con formación o experiencia científica relacionada.

Su primer episodio trató sobre viajes interestelares e intergalácticos, y por desgracia no llegué a tiempo para apuntarme como voluntario para la tertulia científica del mismo. No obstante, les mandé unos minutos de audio comentando algo que seguramente no tratasen los científicos invitados pero lleva unos años fascinándome: la nave interestelar que aparece brevemente al inicio de Avatar, la película de James Cameron. Pese a lo fugaz de su aparición, algunos espaciotrastornados descubrimos una grata sorpresa en la Pandorapedia, una página que formaba parte de la campaña de márketing de la película. Esta especie de enciclopedia contenía una entrada sobre dicho vehículo interestelar que contaba con todo lujo de detalles las especificaciones técnicas y el funcionamiento de la nave, así como la lógica detrás de cada elemento de su diseño. Alguien se lo pasó muy bien en el proceso de creación de la misma, convirtiendo a este elemento en quizá la parte más rigurosa científicamente de todo el metraje. Se me puede escuchar en el reproductor a continuación a partir de 1:44:00 aproximadamente (mi intervención son unos 10 minutos), o bien con las otras opciones indicadas en la entrada de blog de su página, donde además se indican las películas y series comentadas en el episodio y otros recursos.



También participé en el cuarto episodio del podcast, que trataba sobre viajes en el tiempo, esta vez ya durante toda la segunda parte (que comienza en torno a 2:16:49). Aquí los temas tratados son mucho más generales y no los detallaré en este blog, pero sí quiero indicar que un recurso que me resultó muy útil fue el libro Time Machine Tales, de Paul J. Nahin, que leí entero de cara a mi intervención.






El siguiente podcast que quería enlazar aquí está en inglés, se llama Encyclopodia, y la motivación que llevó a Danny Pirtle a crearlo es algo con lo que me identifico bastante: le interesa aprender sobre tantos temas distintos en los que le gustaría profundizar, que siente que nunca tiene tiempo para ello antes de que otro tema fascinante ocupe su atención. Así que decidió que sería buena idea crear un programa en el que entrevistar a invitados que hayan pasado mucho tiempo informándose sobre un tema que les apasione, sin que sea necesariamente su trabajo diario, y así sumergirse en ello durante una hora en la que poder preguntar todo lo que quiera. Para finalizar el año, quiso hacer un programa especial en el que varias personas hicieran un resumen de lo que había supuesto 2018 en el campo que les interesase especialmente, y aquí fue donde sugerí que podría hablar de los hitos que han tenido lugar en la exploración de Marte en estos meses. El resultado puede escucharse en las opciones listadas aquí, y mi intervención tiene lugar entre los minutos 37:35 y 1:07:21. Por supuesto, en sólo media hora hubo algunas cosas que se quedaron pendientes, así que si quieres saber más sobre este tema y además prefieres hacerlo en español, un recurso que recomiendo son las entradas sobre Marte del blog Eureka, escrito por Daniel Marín.


Todavía queda una intervención mía de 2018 en audio de la que quiero hablar en este blog, pero en ese caso aprovecharé para escribir un artículo de divulgación escrita propiamente dicho sobre el tema, que por limitación de tiempo no se pudo tratar en detalle en el programa. Espero no tardar demasiado en tenerla lista, y que esta página vuelva a ser para mí medio para divulgar en vez de convertirse en agregador de intervenciones en otros sitios :)



domingo, 30 de septiembre de 2018

Mis intervenciones en Coffee Break: Señal y Ruido

Este año he tenido el blog abandonadísimo. Y no porque no tenga cosas que contar, sino más bien por falta de tiempo últimamente debido al postdoc que realizo, la pérdida de costumbre de publicar regularmente (algo que debería remediar), o seguramente ambas cosas unidas a varios factores más. En todo este tiempo no he dejado de hacer divulgación científica, pero el caso es que, cuando ando ocupado, me resulta mucho más fácil explicar la ciencia en formato de audio. Y aparte de un par de escritos en inglés que enlazaré próximamente, eso es lo que he estado haciendo desde la última vez que escribí en este blog.

Supongo que ya conocéis mi participación en el programa El Café Cuántico cuando me encontraba en Valencia (¡y cuyo contenido algún día acabaré de colgar aquí, así como algún post sobre la ceremonia de entrega del premio Prisma de Bronce al mejor trabajo en radio que recibió!). Pues bien, desde junio del año pasado estoy disfrutando de un contrato postdoctoral en el Instituto de Astrofísica de Canarias, y ya desde antes de llegar me recibieron con los brazos abiertos en el podcast de divulgación científica que se realiza desde la propia institución:





El formato de este programa es más distendido: suele comenzar con alguna noticia breve o efeméride, pero tras ello la mayor parte de su duración la ocupa una tertulia entre las personas que participen esa semana, tratando diversos temas científicos. Por lo general se comentan noticias científicas de actualidad, pero en ocasiones también se responden preguntas de los oyentes, se intercala una entrevista a alguien de interés, e incluso hay programas especiales sobre alguna temática concreta. Es muy fácil contactar con el programa por correo electrónico, en los comentarios de ivoox y a través de Twitter y Facebook, donde además cuenta con un club de fans.

Mi intención con esta entrada es tener recopilados todos los episodios en los que intervengo, por si alguien tuviera interés en escucharme. No obstante, como son muchas horas de audio (bastantes programas se acercan a las 3h de duración), los enlaces listados a continuación no van directos al reproductor de cada podcast sino a la entrada de blog que lo contiene. Cada vez que participo en un episodio compilo para cada entrada correspondiente los enlaces más informativos que leí sobre cada tema científico tratado, incluyendo posts divulgativos tanto en castellano como en inglés. Si los temas os resultan interesantes de un primer vistazo pero os es complicado dedicar tanto tiempo a consumir ciencia en formato de audio (como me pasa a mí muchas veces), esos enlaces pueden ser muy útiles. A continuación la lista de entradas, a la que iré añadiendo episodios en los que participe:



Ep119: Retrocausalidad y el tiempo en cuántica; Nuevo Barión doblemente encantado; Homínidos y nosotros; Señales oyentes

Ep125: Agujeros Negros Primordiales y Materia Oscura; Nuevo Rumor LIGO; Eclipse Total; ¿Es el Big Bang un Agujero Negro?

Ep127: Babilonia; Estrella de Tabby; Fast Radio Bursts

Ep128: Ciencia en Fantasía; Agujeros Negros; Fulguraciones Solares; Terremotos y Luces en el Cielo; Astronautas Gemelos

Ep129: Naukas; Ig-Nobel; Homininos y huellas Europeas; Adiós Cassini – hola New Horizons y OSIRIS-REX; TRAPPIST-1

Ep130: LIGO+VIRGO; Alimentación; Farmaciencia vs Homeopatía; Huracanes y conspiranoias; Asteroide-cometa doble

Ep134: Cosmología; Ondas Gravitacionales, Energía Oscura y Teorías Alternativas; El Futuro del Sol; ¿Exoasteroide?

Ep136: Pirámides y Rayos Cósmicos; Antimateria y Violaciones de Simetría; Inteligencia Artificial; Encélado; Proxima Cen

Ep141: Asteroide Interestelar ‘Oumuamua; Habitabilidad Galáctica; Galactoscuroplanismo; Marte; Ojos y Telescopios

Ep142: Excitonium; Magnetismo en Agujeros Negros; Lucy, Patroclus y Meonetius; El Quásar más Lejano

Ep145: Star Wars sin Spoilers; Incertidumbres en Física; Temperatura y Calor; #CienciaEnElParlamento

Ep147: Pirámides: Trono de hierro, meteorito Hipatia, pinturas egipcias, la Tabby “Hipster”, Geoingeniería, NASA cerrada

Ep152: Amanecer Cósmico; Conjetura de Censura; Agujeros Negros de AGN; Superflares en Proxima b; Planetas Exogalácticos

Ep157: Galaxia sin materia oscura? Estrella de Scholtz errante; FELTs – Nuevas Supernovas; Alternativas agujeros negros

Ep158: Materia oscura y DAMA/LIBRA; Amanecer Cósmico; Agujeros Negros en el Centro Galáctico; Llamaradas en Proxima b

Ep163: Feynman; Europa; Experimento Big Bell; NBA; Una Galaxia muy Lejana

Ep166: Duque; Metafísica Cuántica; Neutrinos Estériles: ¿Materia Oscura?; Volcán de Fuego; Predecir Lentes Gravitatorias

Ep173: Especial La Cosmología según Planck; Agua en Marte

Ep174: Sagitarius A*; Medallas Fields; Escutoides; Exovida y Rayos UVA; Marte

Ep175: Sonda Solar Parker; Materia Oscura: Polémica Científica y Luz Intracumular; Preguntas Frecuentes: Cosmología

Ep191: Amartizaje InSight; Entrevista Leonard Susskind; CRISPR y las Gemelas de China

Ep208: Galaxia sin Materia Oscura; Luna 2024; Mujeres Astronauta; Meteoro de Bering; Sorpresas en Bennu; Exoplanetas

Ep209: Consciencia y… ¿Libre Albedrío?; El Armagedón de los Dinosaurios; Metano en Marte; Event Horizon Telescope

Ep219: Agujeros Negros; Dinamo Solar y Planetas; Hierro Lunar; Materia Oscura vs MOND; Estrella Rara; Mensaje al Futuro

Ep220: Polarización en el Fondo de Microondas; La Sal del Océano de Europa; Galaxia sin Materia Oscura; Dinamo Solar

Ep230: Futuros Eventos Carrington; Clima de Venus; Gravitondas y H0; Agujeros Negros Primordiales; Señales de Oyentes

Ep256: Coronavirus; Cosmología; Nefertiti; Antimateria; MOND vs Materia Oscura; TMT; Katherine Johnson

Ep257: Marte; Freeman Dyson; Dark Energy Survey; Agujeros Negros; Luna

Ep271: Especial SETI; Entrevista Jill Tarter

Ep294: Venus; Arecibo; Mongoles; Gravedad Cuántica; Púlsares




domingo, 12 de noviembre de 2017

El Café Cuántico 3x08: Emergencia planetaria

Ya iba siendo hora de que terminase de poner en el blog los programas de la tercera temporada de El Café Cuántico, que presenté el año pasado junto a Elena Denia y Antonio Sánchez. Especialmente tras conocer la noticia de que nuestro 6º episodio ganó el Prisma de Bronce al mejor programa en radio emitido en 2016. Los premios Prismas son una iniciativa de los Museos Científicos Coruñeses (Ayuntamiento de A Coruña) que pretende potenciar la difusión de la cultura científica en España y apoyar a todos los profesionales que trabajan en este campo, y la ceremonia de entrega tendrá lugar el próximo sábado 18 de noviembre en el salón de plenos de dicho ayuntamiento.

Sin más dilación doy paso al programa que emitimos el 10 de marzo de 2016, que puede escucharse aquí:



Ese día conté (en el minuto 2:44) que faltaban pocos días para que se iniciaran perforaciones dedicadas a estudiar el cráter del impacto que acabó con tantas especies de dinosaurios hace 66 millones de años. Por supuesto, la perforación ya se llevó a cabo hace más de un año, con resultados prometedores. Antonio dio la noticia (4:01) de que se habían sintetizado por primera vez cristales de monóxido de kriptón, y en Cienciadicción (6:33) Elena nos habló de la novela gráfica Cosmicómic, que narra la historia del descubrimiento de cómo se originó el Universo usando como punto de partida el trabajo de Arno Penzias y Robert Wilson. Por mi parte, en la sección Bajo el microscopio (13:04) respondí a la pregunta que mucha gente lleva tiempo haciéndose: "¿A qué huelen las nubes?".

En La llamada experta (18:00) tenemos al doctor en física y filosofía Martín López Corredoira, quien nos ha ofrecido su visión sobre la actual era científica, y terminamos el programa con una tertulia en pos de la sostenibilidad desde el ámbito científico y educacional (34:50). Para ello hemos contado con Amparo Vilches, profesora titular del Departamento de Didáctica de las Ciencias Experimentales y Sociales de la Universitat de València. Aquí quiero aprovechar, antes de que alguien lo malinterprete, para recalcar que Vilches usa varias veces la palabra «holístico» en su significado original, relativo a analizar un sistema teniendo en cuenta todas las partes en su conjunto y no por separado.


Y a continuación, como era usual, se encuentra la transcripción de mis dos secciones en el programa para quien prefiera la versión escrita, y con enlaces extra para ampliar información sobre sus contenidos.

Noticia de actualidad:
A finales de este mes, una plataforma oceánica empezará a perforar en el golfo de México para llegar al cráter de Chicxulub, la huella del impacto que mató a tantos dinosaurios hace 66 millones de años.

El borde del cráter, que ahora ya está enterrado, tiene unos 180 km de diámetro, pero además tiene un anillo extra situado a medio camino entre este borde y el centro, que se espera que ocurra en impactos tan grandes. Sin embargo, en otros impactos así en la Tierra ya se ha erosionado, y el resto de ejemplos conocidos se encuentran fuera de nuestro planeta, así que obtener muestras de esta estructura en Chicxulub permitirá comprobar si nuestros modelos de cómo se forma son acertados.

Ya elegido el sitio donde mejor perforar, el taladro excavará primero hasta una profundidad de 500 metros en la caliza, y a partir de ahí se irán extrayendo muestras de los siguientes 1000 metros durante dos meses. De estas muestras se analizarán los minerales de la estructura y los depósitos de material expulsado por el impacto, y se buscarán microfósiles que pudieran contar la historia de cómo se recuperó la vida marina tras este cataclismo. En esta estructura en forma de anillo, además, se espera que las rocas estén fracturadas y rellenas de minerales debido a flujos hidrotermales. Aquí se analizarán muestras de ADN para ver los microbios que pudieran vivir a esa profundidad actualmente.

Es una investigación interesantísima, ¡y estaremos al tanto de los detalles!

[En el artículo de Wikipedia en inglés sobre el cráter hay un resumen de los resultados obtenidos en esta investigación desde entonces.]

Bajo el microscopio:
Hoy seguimos dando respuestas a los oyentes. Istel, desde Madrid, nos pregunta: "¿a qué huelen las nubes?". Y especifica que va en serio, que es una duda que tiene desde hace tiempo, y quiere una explicación científica al respecto.

Pero las nubes no huelen a nada, ¿no? Las nubes son agua…

En efecto, las nubes que solemos ver en el cielo están compuestas de muchísimas gotitas de agua líquida suspendidas en el aire —no son vapor, puesto que el vapor de agua es invisible—, y el agua, como sabréis, es insípida e inodora. Entonces, al inhalar parte de una nube entrará agua en las fosas nasales y notaremos la humedad, pero nosotros olemos las sustancias cuando sus partículas se disuelven en la mucosidad que rodea a las células detectoras, porque así llegan a las dendritas de estas neuronas. Si a la mucosidad le llega agua, pues notaremos más agua, pero no habrá sustancias nuevas que detectar. Y para probar a inhalar parte de una nube puede hacerse simplemente respirando hondo un día de mucha niebla, puesto que las nubes están hechas de lo mismo. Una forma alternativa es lo que me pasó el año pasado viendo un eclipse de Luna en el Teide, que llegó un momento en el que la altura de las nubes subió y llegó a nosotros, y nos vimos justo en el sitio por donde las nubes cruzaban de un lado a otro de la montaña. Pasamos mucho frío con la humedad, pero no se olió nada.

¿Entonces… ya está? ¿Damos por respondida la pregunta?

No tan rápido, Antonio. Porque hay ciertos casos en los que sí pueden olerse cosas. Por ejemplo, no sé si habrán notado alguna vez que cuando una tormenta se aproxima, el ambiente tiene un olor algo característico, un poco acre. Este olor se debe al ozono que se produce en las descargas eléctricas de los rayos, o incluso sólo con los enormes voltajes que hay en la nube, que disocian las moléculas de oxígeno en dos átomos sueltos inestables, que luego se combinan con otras moléculas de O2. Las nubes de tormenta eléctrica, que son más peligrosas de oler que las tranquilas, huelen algo a ozono. Es el olor "a lluvia" antes de que ésta haya llegado.

Vaya… ¿y hay algún otro tipo de nube que huela?

Pues… unas nubes que seguro que todos estarán de acuerdo en que tendrán olor son los pirocúmulos. El prefijo "piro-" significa "fuego", y este nombre se le da a nubes asociadas con grandes incendios y erupciones volcánicas. Cuando éstos tienen lugar, gran cantidad de aire caliente con humo y cenizas se eleva hasta llegar a alturas donde el agua empezaría a condensarse, y si hay suficiente humedad, las partículas de humo y ceniza actúan como núcleos de condensación de estas gotas que formarán parte de la nube. Estas nubes, por supuesto, olerán a humo y ceniza, así como a otros gases que provengan del fuego o la erupción. Pero no recomiendo intentar olerlas de cerca, claro.

Pues sí que ha dado de sí el tema al final, sí.

Y podríamos seguir… La Tierra, después de todo, no es el único cuerpo del sistema solar que tiene una atmósfera con nubes. En Venus, que tiene una atmósfera de dióxido de carbono, las nubes son de ácido sulfúrico y dióxido de azufre, con lo que tendrían un olor acre y a podrido. En Marte la atmósfera también es de dióxido de carbono, pero allí las nubes son de hielo de agua, y no olerían excepto por el polvo atmosférico que puedan contener, con olor a óxidos y sales. En Júpiter, un gigante gaseoso, unas nubes huelen a amoniaco; otras, de sulfuro de hidrógeno, huelen a huevos podridos; y algunas olerán a almendras amargas por su contenido en cianuro. Saturno tiene nubes que también olerán a amoniaco y azufre, pero además una de sus lunas, Titán, tiene una atmósfera de nitrógeno con nubes de compuestos de carbono que huelen un poco a… gasolina. Y por último, quedan las atmósferas de Urano y Neptuno, que al estar compuestas de hidrógeno, helio y metano apenas huelen a nada, pero también pueden tener nubes de amoniaco y de sulfuro de hidrógeno, con sus olores correspondientes.

De modo que ya saben: la próxima vez que alguien les pregunte "¿a qué huelen las nubes?", pregúntenles a qué tipo de nube se refiere, y de dónde. Que el tema da para mucho.




domingo, 25 de junio de 2017

Planet Nine y los sesgos observacionales

Representación artística del hipotético noveno planeta orbitando al Sol en la lejanía. Crédito: Caltech/R. Hurt (IPAC)
Hace año y medio se publicó un artículo en el que los astrofísicos Konstantin Batygin y Mike Brown proponían la existencia de un nuevo planeta en nuestro sistema solar que explicaría las peculiares órbitas de seis objetos lejanos situados más allá de Neptuno (objetos transneptunianos, o TNOs). Estos seis cuerpos orbitan a una distancia promedio de más de 250 unidades astronómicas (UA) del Sol, nunca se acercan a éste a menos de 35 UA (siempre están más lejos que Neptuno), y los puntos de sus trayectorias donde lo hacen (es decir, sus perihelios) están agrupados en la misma región del espacio. Este último detalle, junto a que las órbitas parecen compartir un mismo plano con una ligera inclinación respecto al de los ocho planetas conocidos (la eclíptica), es lo que apuntaba a la existencia de ese nuevo planeta. A lo largo de miles de millones de años, su gravedad habría ido pastoreando y expulsando objetos en las regiones exteriores del sistema solar hasta dejar mayoritariamente los que tenían órbitas con esas orientaciones. Estos días, sin embargo, circula con algo de revuelo la noticia de que nuevas observaciones habrían dado al traste con esta hipótesis, al mostrar que la agrupación de los perihelios de esos TNOs lejanos es ficticia y debida principalmente a sesgos observacionales. ¿Pero es esto cierto?

Empecemos por el principio. Daniel Marín describió en detalle en su momento el anuncio inicial, pero voy a intentar resumirlo aquí. Como digo arriba, estos objetos con órbitas tan excéntricas nunca llegan a estar tan cerca del Sol como para cruzar las órbitas de los planetas gigantes. Esto significa que sus trayectorias actuales no pueden ser debidas únicamente a la interacción gravitatoria de los gigantes gaseosos expulsándolos hacia los confines del sistema solar, sino que deben haber sido modificadas por algún cuerpo masivo en esas regiones, a lo largo de la evolución del sistema o en un pasado remoto. Además, sus perihelios se sitúan más o menos en la misma región del espacio, cubriendo un ángulo de unos 100 grados, de modo que sus órbitas apuntan hacia un mismo lado del cielo. Puede verse su distribución en la siguiente imagen:

Órbitas del noveno planeta (naranja) y de los seis objetos que llevaron a proponer su existencia (violeta). Crédito: Caltech/R. Hurt (IPAC)
Como comenté, los planos de las órbitas también están bastante alineados entre sí y además todos tienen el perihelio cerca de la eclíptica. No sólo eso, sino que en su punto más cercano todos cruzan la eclíptica de sur a norte, mientras que si sus inclinaciones orbitales fueran más o menos aleatorias se esperaría el mismo número de objetos cruzando de norte a sur. Una agrupación de órbitas así quedaría deshecha por la gravedad de los otros planetas en un período de entre 10 y 100 millones de años si no hay ningún objeto masivo que las "pastoree" en esas posiciones, así que Batygin y Brown añadieron un planeta extra en simulaciones en las que probaron con distintas masas y parámetros orbitales para ver si podían reproducir el alineamiento. La configuración que más se ajustaba a los datos resultó ser un cuerpo de unas 10 veces (o más) la masa de la Tierra, con una órbita excéntrica orientada hacia el lado del sistema solar opuesto a la agrupación de TNOs lejanos. Este resultado sorprendió a los investigadores, ya que ellos pensaban que, para que el conjunto fuera estable, la órbita del planeta estaría alineada con las del resto de objetos y rodeándolas en vez de cruzarse con ellas. Sin embargo, la relación entre los períodos orbitales de los seis TNOs y el nuevo planeta, que han dado en llamar Planet Nine, (posiblemente para afianzar la idea de que Plutón ya no lo es, debido a la relación de Mike Brown con ese tema) sería tal que nunca se encuentran en la misma región del espacio al mismo tiempo, evitando que Planet Nine los disperse. Una resonancia orbital de este tipo se da entre Neptuno y Plutón, con el primero dando tres vueltas al Sol en el tiempo que tarda el segundo en dar dos. La configuración de todos estos objetos se ve mejor en tres dimensiones, y puede contemplarse en la siguiente animación:



Hay un detalle importante hacia el final de ese vídeo. En las simulaciones por ordenador, además de los objetos transneptunianos alineados que se esperaba obtener, la presencia del noveno planeta hacía aparecer otros con trayectorias perpendiculares al plano de la eclíptica. Batygin se lo comentó a Brown extrañado de ese resultado, así que éste se puso a buscar y contempló con sorpresa que, efectivamente, en los últimos años se habían detectado varios cuerpos así. En el vídeo se muestran en azul las órbitas de los cinco objetos conocidos de este tipo, que supusieron el cambio entre considerar a Planet Nine como simplemente una idea ad hoc para explicar datos que se podrían estar sobreinterpretando (eran sólo seis cuerpos, después de todo) a convertirse en una hipótesis viable que predecía efectos observables no considerados en un principio.

Los resultados y predicciones continuaron. Unos meses tras el primero, Brown y Batygin publicaban otro artículo en el que refinaban los cálculos de cara a estimar en qué parte del cielo habría que buscar este planeta, y que además predecía la presencia de objetos transneptunianos aún no detectados que estarían alineados con Planet Nine, en el lado contrario a la agrupación de los otros seis. A finales de 2016 se publicaron dos artículos, uno en el que participaron Brown y Batygin y otro de un equipo independiente, en los que se mostraba que la inclinación del Sol respecto a la eclíptica, un misterio desde hacía tiempo, podría ser también explicada por el noveno planeta. Parecía que esta hipótesis valdría para explicar de un plumazo no sólo la agrupación de TNOs lejanos sino también varios otros misterios del sistema solar, lo cual eran buenas noticias.

Pero en ciencia siempre hay que ir con cuidado por si se nos ha pasado algo, especialmente si todo un razonamiento parece sólido pero sus premisas son algo frágiles. Y es que hay un problema con los objetos transneptunianos que dieron lugar a la idea, y es la razón de que escriba esta entrada: dadas las enormes distancias a las que se alejan en su trayecto en torno al Sol, sólo podemos detectar cuerpos de este tipo cuando se encuentran cerca del perihelio, recibiendo iluminación suficiente y moviéndose a la velocidad necesaria para distinguirlos de otros puntos de luz en el cielo. Entonces, si las campañas de observación y catalogado de estos objetos (surveys, en inglés) se centran más en unas regiones del cielo que en otras, podrían detectarse más objetos con órbitas apuntando en direcciones determinadas aunque su distribución sea uniforme. Esto es lo que se conoce como un sesgo observacional.

Por eso, aunque esos seis TNOs lejanos fueron descubiertos en surveys distintos y con diferentes telescopios en varias partes del mundo, la predicción más importante del modelo era que al seguir haciendo nuevas observaciones, estos cuerpos con perihelios a más de 35 UA y órbitas con distancia promedio al sol (o semieje mayor) superior a 250 UA seguirían encontrándose predominantemente en las agrupaciones predichas. Si futuros descubrimientos de este tipo de objetos mostraban que sus órbitas se repartían en todas las orientaciones, la hipótesis de un noveno planeta con las características descritas por el modelo de Planet Nine quedaría rechazada.

El pasado mes de mayo, Mike Brown contó en el blog que mantienen sobre este asunto cómo iban ajustándose las predicciones a nuevos datos. Cuatro nuevos cuerpos habían sido detectados desde el anuncio inicial, tres de ellos por el equipo de Scott Sheppard y Chad Trujillo y otro por el Outer Solar System Origins Survey (OSSOS), casi duplicando la cifra de objetos en la muestra. Y las órbitas de tres de los nuevos TNOs estaban alineadas y agrupadas con las otras seis. El restante pasaría a ser el primer objeto detectado en la orientación opuesta, alineado con el hipotético Planet Nine, tal y como predecía el segundo artículo de Brown y Batygin. Así quedó la distribución de las órbitas entonces:

Órbitas de los diez TNOs lejanos conocidos a principios de año y del hipotético Planet Nine. Crédito: Fauxtoez (CC BY-SA 4.0)
Este éxito, no obstante, no excluye la posibilidad de que todo se deba a sesgos observacionales, ya que hay fenómenos que afectarían a todas las observaciones aunque se hagan de forma distinta. Por ejemplo, en las regiones de la eclíptica que atraviesan la Vía Láctea, la cantidad de estrellas de fondo es tan enorme que resulta muy difícil distinguir los tenues puntos de luz correspondientes a objetos transneptunianos en esa zona. Además, en ciertas épocas del año hay peores condiciones meteorológicas en los observatorios, de modo que en las constelaciones visibles de noche esos meses la búsqueda no puede ser tan intensiva. Y lo que es peor, resulta difícil cuantificar el impacto de estos efectos en los distintos surveys porque muchos no han detallado qué zonas del cielo se fotografiaron, con qué eficiencia de detecciones, ni el brillo mínimo que lograban detectar en cada observación.

El pasado mayo, Brown tuvo una idea para estimar estos sesgos y escribió un artículo que fue aceptado la semana pasada en The Astronomical Journal. Su método consiste en asumir que, cuando se descubre un TNO cercano de un cierto brillo, también se podía haber detectado en esa imagen un objeto que estuviera más lejos pero brillase lo mismo o más por ser más grande y/o reflectante que el cercano. Para cada uno de los 10 TNOs con semieje mayor de más de 230 UA, generó una distribución de órbitas con los mismos parámetros pero repartidas uniformemente en los 360 grados de la eclíptica. A continuación, para cada descubrimiento registrado de un TNO se comprobaría si el lejano habría aparecido con el brillo suficiente a menos de un grado de distancia en el cielo. No obstante, un objeto que orbita muy lejos del Sol se mueve muy lento y por tanto para descubrirlo hacen falta dos o más imágenes lo suficientemente separadas en el tiempo como para verlo desplazarse. Así que, como muchos TNOs se descubrieron en búsquedas diseñadas para objetos más cercanos, en el cálculo sólo incluye los que se descubrieron a más de 30 UA (y por tanto en observaciones capaces de ello), y también asume que ningún survey habría detectado un TNO lejano a más de 90 UA. Como hay objetos en resonancia orbital con Neptuno que podrían introducir un sesgo en los cálculos, excluye todos los cuerpos con semieje mayor inferior a 40 UA. Y además, evita que las regiones del cielo cercanas a la eclíptica (con mayor abundancia de TNOs) tengan un peso mayor que las zonas más al norte o sur introduciendo una corrección para compensar este efecto. Tras todo esto, las observaciones de 1248 objetos actúan como un inmenso survey combinado del que ahora conocemos la probabilidad de descubrir cada uno de los 10 TNOs lejanos en cada región del cielo. Y según estos cálculos, la probabilidad de observar un conjunto de objetos lejanos con las órbitas distribuidas uniformemente pero encontrar únicamente cuerpos con los perihelios tan agrupados en el espacio es sólo del 1.2%.

Sin embargo, estos días fue mucho más mediático un artículo sobre el survey OSSOS, aceptado por su revista también la semana pasada, que afirmaba no ver tal agrupación de órbitas en los TNOs lejanos y achacaba a sesgos observacionales las agrupaciones que llevaron a proponer el noveno planeta. Como OSSOS detectó en total más de 800 nuevos TNOs, con cuatro de ellos en el tipo de órbita extrema que nos interesa, su metodología consiste en usar su muestra de objetos a modo de "experimento independiente", para ver si podían reproducir los resultados. A diferencia de otros, OSSOS es un survey que sí tiene bien caracterizadas las regiones observadas y la sensibilidad y eficiencia obtenidas en cada una de ellas, de modo que sus sesgos observacionales están bien tenidos en cuenta. Al añadir los cuatro TNOs lejanos de este survey a la muestra de objetos, la distribución de sus órbitas queda así, con los nuevos en color naranja:

Posiciones del noveno planeta y los 13 objetos transneptunianos extremos conocidos. Crédito: Tomruen (CC BY-SA 4.0)
En la imagen puede verse que dos de los nuevos cuerpos tienen órbitas dentro del grupo esperado (de hecho uno de ellos ya estaba contado entre los 10 anteriores y no es tan novedoso), otro está alineado en dirección opuesta (algo también esperado con Planet Nine presente), mientras que la órbita del restante tiene una orientación casi perpendicular a las otras tres. Pero resulta que los sesgos de OSSOS hacen mucho más probable que descubran objetos en la agrupación principal y la opuesta, de modo que afirman que si todos los TNOs lejanos estuviesen distribuidos uniformemente, también habrían detectado más objetos con órbitas en las direcciones predichas por el modelo. De hecho destacan que aun con poca sensibilidad a órbitas con otras orientaciones descubrieron un objeto con el perihelio a 90 grados de lo esperado, y señalan esto como otro indicio de que la distribución subyacente es uniforme.

Desde OSSOS afirman que los sesgos que sufren son más o menos universales (la presencia de la Vía Láctea, peores condiciones en ciertas épocas del año, etc.), y que debido a esto las detecciones realizadas con el resto de surveys estarían sesgadas de forma parecida. Sin embargo, los sesgos estudiados en este artículo son únicamente los del propio OSSOS, y extrapolarlos a todos los demás es algo menos riguroso que el método de Brown explicado más arriba. La opinión de Mike Brown es que los resultados de OSSOS son bastante neutrales en cuanto a la existencia de Planet Nine, y tras leer ambos artículos esta semana le daría la razón. Después de todo, tres de los cuatro objetos que descubren concuerdan con las predicciones del modelo (y éste no dice que esté prohibido que haya alguno a 90 grados de la agrupación, sino que serán menos probables [Actualización relevante al final de esta entrada]), pero por otro lado sus sesgos harían que se descubriesen más cuerpos así de todas formas. Además, al iniciarse mucho antes de proponerse Planet Nine, OSSOS no está diseñado para estudiar la agrupación de los perihelios de objetos lejanos (debido precisamente a esos sesgos).

¿Entonces existe o no Planet Nine? Sólo el tiempo lo dirá. En caso afirmativo, la prueba definitiva será detectarlo directamente con telescopios, y las observaciones para ello hace meses que comenzaron. Mientras tanto, el modelo todavía presenta algunos problemas que habrá que solucionar, además su origen no está claro, vendría bien detectar más cuerpos del tipo que orbitan en planos perpendiculares a la eclíptica, etcétera. Habrá que seguir explorando.

Si después de toda esta entrada el tema de Planet Nine te ha despertado más curiosidad, durante la preparación de este post he visto que el artículo de Wikipedia en inglés está muy completo y detallado. En el blog The Search for Planet Nine, que actualizan los propios Brown y Batygin (en inglés), puede leerse más sobre el proceso que llevó a desarrollar la hipótesis, las dudas que hay al respecto, cuáles son las pruebas que les hacen pensar que el planeta podría ser real, y aprender sobre cómo funciona en general la ciencia. Y si prefieres vídeo (también en inglés), Mike Brown subió a YouTube la clase sobre Planet Nine del curso gratuito que imparte en Coursera sobre la ciencia del sistema solar (que también recomiendo).

Actualización 3/7/17: Konstantin Batygin ha escrito un post en el que muestra que el período orbital del único de los 13 TNOs que no cuadraría con el modelo lo sitúa precisamente en una resonancia orbital con Planet Nine que modificaría la orientación de su órbita haciendo que cambie de orientación con el tiempo, recorriendo los 360 grados. La órbita de un objeto con precisamente esa distancia promedio al Sol podría entonces tener el perihelio en cualquier orientación de la eclíptica. Puede que se trate simplemente de una casualidad, pero resulta relevante mencionarlo.