onda de Alfvén

El canal anular de arseniuro de galio se parece a una piscina redonda sin bordes: los electrones entran por la orilla interior y salen por la exterior. En un material ultrapuro chocan entre sí más a menudo que con los defectos de la red, y empiezan a comportarse como un líquido.

Por un camino estrecho avanzan dos caravanas en direcciones opuestas. Una es ancha y lenta, lleva la carga de la densidad. La otra, una hilera de carretas ligeras con corriente, se desliza entre las primeras. Así, en la descarga del magnetrón coexisten dos estructuras que giran en sentidos contrarios: la aguja de densidad y los filamentos de corriente.

El viento solar es un flujo de partículas cargadas que se desprende constantemente de la superficie del Sol y llena todo el sistema solar. No se parece a una brisa uniforme: en su interior hay remolinos, ráfagas y zonas de calma. Los científicos llaman a esto turbulencia.

En la corona solar, de vez en cuando llueve, pero no agua, sino plasma. El gas sobrecalentado se enfría, se condensa en grumos y se precipita a lo largo de los bucles magnéticos, como gotas por canalones invisibles.

La corona solar es la atmósfera exterior del Sol, calentada a millones de grados. Cómo se calienta no está del todo claro. Uno de los candidatos son las ondas de torsión: retuercen las líneas de campo magnético como si estrujaras una goma elástica.

La corona solar vive una vida turbulenta. Los campos magnéticos aquí obedecen los movimientos de la densa superficie del Sol (la fotosfera), pero a veces ellos mismos reescriben el patrón magnético. Durante las erupciones, los bucles coronales —arcos de plasma— se retuercen y se reconectan.

En el centro de una galaxia lejana, donde gira un agujero negro supermasivo con una masa de cien millones de soles, el espacio está atravesado por campos magnéticos. Están enrollados en torbellinos apretados, como un embudo en una concha, solo que en lugar de agua hay plasma acelerado a velocidades cercanas a la de la luz.

El destello dura una milésima de segundo, pero en ese instante libera tanta energía como la que el Sol emite en un día. Estas señales, las ráfagas rápidas de radio, son captadas por los telescopios desde 2007, y su origen sigue siendo un misterio. Un nuevo trabajo propone una respuesta elegante: todo se debe a un amplificador cósmico.

Desde el Sol hacia la Tierra se precipita el viento solar, pero la magnetosfera desvía el flujo y esculpe con él colas de plasma.

La luz de un blázar lejano (un núcleo activo de galaxia que apunta su chorro hacia nosotros) tarda miles de millones de años en llegarnos. En el camino, genera lluvias de partículas cargadas que el campo magnético intergaláctico desvía hacia los lados.

Un faro envía una señal a través de una tormenta de espejos propios: algo así es lo que hacen las ráfagas rápidas de radio cuando intentan abandonar los alrededores de un magnetar. Un magnetar es una estrella de neutrones con un campo magnético un cuatrillón de veces más intenso que el terrestre.

Las gigantes rojas son estrellas envejecidas e hinchadas. En su interior bulle un océano de plasma: el calor se abre paso desde el núcleo hacia la superficie, generando ondas parecidas a un potente oleaje. El campo magnético dentro de la estrella actúa como un relieve submarino invisible: dirige esas ondas, modifica su altura y velocidad.

La paradoja del joven viento solar ha intrigado a los heliofísicos durante mucho tiempo. Las mediciones mostraron que cerca del astro los haces de protones no están borrosos, sino comprimidos, como si alguien les hubiera dado cuidadosamente la forma de una cabeza de martillo.

El Sol es un caldero hirviente de hidrógeno y helio, donde el gas incandescente está atrapado en lazos magnéticos. Cuando los invisibles látigos magnéticos se reconectan, se libera una energía comparable a miles de millones de explosiones termonucleares. ¿Adónde va?

En diciembre de 2011, el cometa Lovejoy se lanzó audazmente a través de la ardiente corona del Sol. Inmediatamente después, una llamarada. Los científicos verificaron si el cometa pudo haberla provocado. La atmósfera del Sol está entretejida con tensos lazos magnéticos, como la cuerda tensa de un arco.

Una gruesa goma elástica se retuerce cada vez más. En algún momento no aguanta: se rompe y azota a los lados, liberando la energía acumulada. Más o menos así se comportan los campos magnéticos dentro de las estrellas de neutrones, los restos superdensos de estrellas que han explotado.

La copa de un árbol enorme se mece con el viento, pero las raíces y el tronco quedan ocultos bajo tierra. En el Sol, el papel de esas raíces invisibles lo desempeñan los campos magnéticos. Emergen de las profundidades, atraviesan toda la atmósfera y controlan el movimiento del gas incandescente: el plasma.

Las capas de un material delgado, giradas una respecto a la otra, recuerdan a dos rejillas superpuestas. En los puntos donde se cruzan las líneas surge un nuevo patrón: el moiré. En este patrón, los electrones se mueven de manera diferente a como lo hacen en un cristal ordinario y pueden formar estados inesperados.

Dos estrellas de neutrones se acercan en espiral para fusionarse en un instante. Su danza dura fracciones de segundo, pero justo antes del final, una de las estrellas se incrusta en la envoltura magnética de la otra, como un nadador que corta el agua y levanta olas. En ese momento nace un complejo sistema de corrientes que se llevan la energía.

Un gas superfluido se comporta como un líquido sin fricción. Dos nubes de este gas se conectan mediante un puente estrecho, y a través de él fluye una corriente de partículas. Esto recuerda al efecto Josephson en los superconductores, pero en lugar de electrones, son átomos neutros.

La señal de radio viaja de Marte a la Tierra, pero en el camino debe atravesar un 'viento' invisible de partículas cargadas que sopla desde el Sol. Este viento, como las ondas en el agua, distorsiona ligeramente las ondas de radio.

El viento solar no es un flujo uniforme, sino más bien racheado. En su interior, los protones y los núcleos de helio no viajan a una única velocidad, sino con una dispersión, como gotas en el chorro de una manguera.

En un disco de gas y polvo alrededor de una estrella joven, las partículas de polvo se comportan como granos de arena en una corriente de agua: el gas fluye más rápido, el polvo se queda atrás y entre ambos surge fricción. Esa fricción puede hacer oscilar las ondas magnéticas que recorren el disco.

Una onda de choque en la corona solar es como la onda de presión de un avión supersónico, solo que en lugar de aire hay plasma ardiente y en lugar de sonido hay un salto en la densidad y el campo magnético. El 10 de marzo de 2024, una onda así recorrió la parte occidental del disco solar.

En la nube oscura G351, donde nuevas estrellas están a punto de emerger del gas y el polvo, el campo magnético se ha curvado como un reloj de arena. Esta forma es señal de que el campo no solo observa el nacimiento de estrellas, sino que participa activamente en él. Los científicos utilizaron el telescopio SOFIA, instalado en un avión, para observar el polvo de la nube.

La corona del Sol se parece a un diente de león despeinado: brillantes pétalos en forma de bucles retienen el gas caliente cerca de la superficie, y entre ellos se escapan al espacio largos chorros tenues. Estos chorros, la lámina de corriente heliosférica, se extienden a través de todo el sistema solar.

Una estrella de neutrones es una ciudad del tamaño de una metrópolis comprimida hasta las dimensiones de un pequeño asteroide. A su alrededor hierve un plasma —un gas de partículas cargadas— a través del cual corren ondas como ondas en la superficie de un estanque. Hay tres tipos de ondas: de Alfvén (A), ordinarias (O) y extraordinarias (X).

Una estrella de neutrones del tamaño de una ciudad gira más rápido que una batidora de cocina y lanza partículas a su alrededor. A su alrededor se forma una nube luminosa, denominada halo de púlsar. La forma de esta nube depende de los campos magnéticos invisibles que, como las corrientes oceánicas, dirigen las partículas.

Una llamarada solar es como un muelle gigante que se ha ido retorciendo y retorciendo hasta que de repente se suelta. La energía acumulada en el campo magnético se libera al espacio en cuestión de minutos, calentando el plasma a millones de grados.

Dos antiguas naves, lanzadas en 1977, viajan a través del espacio interestelar, esa región donde termina la influencia del Sol. El Sol no solo brilla: expulsa continuamente un flujo de partículas cargadas que forma una burbuja gigante alrededor de nuestro sistema: la heliosfera.

Las naves espaciales Parker Solar Probe y Solar Orbiter vuelan cerca del Sol y miden el viento solar: la corriente de partículas cargadas que sopla constantemente desde nuestra estrella. En ese viento se encuentran quiebres bruscos del campo magnético, con forma de letra Z.

El plasma es un gas calentado tan intensamente que los electrones se separan de los átomos. En él corren ondas parecidas al sonido en el aire, pero las controla un campo magnético. Si el campo magnético se vuelve no homogéneo, sino periódico —como una valla con tablones alternados—, las ondas se comportan de otra manera.

En una olla de sopa hirviendo, las burbujas pequeñas burbujean, pero gradualmente las corrientes grandes comienzan a dominar. Algo similar ocurre en el plasma cósmico, donde los campos magnéticos se comportan como hilos enredados.

Un reactor de fusión es el intento de contener un pequeño sol en una jaula magnética. Para que produzca más energía, hay que comprimir el plasma hasta hacerlo más denso. Pero los tokamaks tienen una valla invisible: en cuanto la densidad supera cierto umbral, el plasma se estremece y se desmorona.

El Sol emite constantemente un flujo de partículas cargadas, principalmente hidrógeno — el viento solar. A veces, el Sol expulsa densas nubes de gas magnetizado, en cuyo interior suele reinar la calma. Pero en el año 2000, en una de esas nubes, los científicos detectaron dos regiones donde el gas hervía.

En un superconductor ordinario, los electrones se unen en pares que permanecen quietos: su impulso total es cero. Pero puede ser diferente: los pares adquieren un impulso común y comienzan a moverse, como un banco de peces nadando contra la corriente. Este estado se llama onda de pares y es muy caprichoso: se necesitan condiciones especiales.

En el gas ardiente de partículas cargadas —el plasma— los campos eléctricos caóticos funcionan como un colador. La partícula lenta se rodea de una nube de cargas opuestas que atenúa el campo externo. La rápida se desprende de esa coraza y recibe un impulso.

Cada hora, cuando las manecillas del reloj se alinean en las doce, algo sucede en la magnetosfera de la Tierra. Como si un director invisible agitara su batuta, y a lo largo de las líneas magnéticas corrieran ondas hacia la superficie. Se las llama perlas: en los registros parecen un collar de cuentas ensartadas en el tiempo.

El viento solar no es un arroyo tranquilo, sino una sopa burbujeante de partículas cargadas. La sonda Parker, al sumergirse cerca del Sol, captó dos tipos de ondas que actúan como batidoras. Las ondas levógiras, como un batidor de varillas en manos de un chef, agitan la materia cuando la temperatura a lo largo y a lo ancho del movimiento difiere.

El muón es un diminuto trompo que gira en el turbulento mar del vacío. Su eje magnético apunta ligeramente desviado de lo que predice el Modelo Estándar. La desviación es de apenas unas millonésimas, pero para los físicos es todo un enigma. El vacío no es una calma muerta.