fuente de neutrinos de agujero negro

Una peonza gira tan rápido que el aire a su alrededor comienza a moverse al unísono. Algo similar hace un agujero negro: si rota, puede transferir su energía a las partículas que se encuentren cerca. Este proceso se llama superradiancia — se parece a un eco en las montañas, pero en lugar de sonido, se crean nuevas partículas.

El detective cósmico comenzó con un destello discreto en el rango óptico. El objeto AT2019wzc se encendía y apagaba lentamente, como una brasa que se consume. Pero en su interior se escondía algo mucho más energético: ráfagas repetidas de rayos X blandos que los astrónomos llaman erupciones cuasiperiódicas. Estas erupciones duran minutos u horas y se repiten cada varias horas o días.

En la lejana galaxia del Cigarro hay un faro insólito. No brilla en el sentido habitual: sus rayos nacen en una nube ardiente alrededor de un agujero negro que devora la materia de una estrella compañera. Estos objetos se denominan fuentes ultraluminosas de rayos X. Su fulgor en rayos X es tan intenso que eclipsa a galaxias enteras.

En los centros de muchas galaxias se ocultan enormes agujeros negros. Los rodea una densa nube de plasma ardiente que emite un brillo intenso de rayos X.

En mayo de 2020, los detectores LIGO y Virgo registraron la onda gravitacional GW200105. Entre muchas ondas gravitacionales similares, esta se destacó por una rareza: la órbita de la estrella de neutrones y el agujero negro que chocaron no era un círculo perfecto, sino una elipse alargada.

La materia oscura sigue siendo el fondo de bajo inaudible de la sinfonía cósmica: no emite luz, pero su atracción gravitacional da forma a las galaxias. Vera Rubin fue la primera en detectar este ritmo en los años 70, al observar la rotación de las estrellas.

Erwin Schrödinger reflexionó sobre cómo la vida mantiene el orden a pesar de la segunda ley de la termodinámica. Ni siquiera podía imaginar que parte de la respuesta se oculta en la inestabilidad de las estrellas gigantes.

Un agujero negro es un lugar donde las reglas habituales se rompen. En el centro, según la física clásica, se esconde la singularidad: un punto de densidad infinita hacia el que se precipita todo lo que cae dentro. La teoría cuántica debería suavizar esta imagen.

En 1933, Fritz Zwicky habló por primera vez de una masa invisible que mantenía unidos los cúmulos de galaxias. Décadas después, Vera Rubin trazó el mapa de la rotación galáctica, revelando la presencia fantasmal de la materia oscura.

Cuando una estrella masiva agota su combustible, su núcleo colapsa, generando una supernova y emitiendo una lluvia omnipresente de neutrinos.

En 2017, el telescopio de neutrinos antártico IceCube detectó una partícula con una energía de unos 290 TeV proveniente de las profundidades del cosmos.

En los primeros instantes tras el Big Bang, había casi la misma cantidad de materia y antimateria. Pero algo rompió el equilibrio; de lo contrario, todo se habría aniquilado en radiación y el mundo habría quedado vacío. Uno de los candidatos a 'rompedor' son los neutrinos diestros superpesados.

Hace casi quince años, el telescopio de rayos gamma Fermi registró unas misteriosas «burbujas» — gigantescos grumos de plasma, como inflados por pulmones invisibles, que se elevan decenas de miles de años luz desde el centro de la galaxia.

Una bola esponjosa de telaraña invisible envuelve a un agujero negro. Esa telaraña es la materia oscura, que no brilla pero con su peso gobierna el movimiento de las estrellas en las afueras de las galaxias.

En las profundidades del mar Mediterráneo, donde el agua presiona con la fuerza de cientos de atmósferas, una red de esferas sensibles a la luz esperaba a un visitante poco común. Y llegó: un neutrino que atravesó la Tierra con una energía comparable al impacto de un ladrillo en vuelo.

El láser golpea un blanco de alambres delgados y, en decenas de femtosegundos (milmillonésimas de milmillonésima de segundo), arranca de ellos un flujo de protones. Estos protones entran en un convertidor de litio y deuterio, donde nacen los neutrones.

Los neutrinos son partículas casi esquivas: atraviesan planetas sin percatarse de los átomos. Por eso cada captura es un golpe de suerte. Hace poco, el detector submarino KM3NeT atrapó un neutrino con una energía millones de veces mayor que la que producen los aceleradores más potentes de la Tierra.

Cuando un núcleo atómico pesado se rompe, no se divide en dos mitades uniformes. Primero aparecen dos fragmentos con forma de pera, presionados uno contra otro por sus extremos estrechos. Luego, el punto de unión comienza a aplanarse, como si dos gotas se fusionaran y la superficie se nivelara rápidamente.

El agujero negro MAXI J1810-222 se comporta como una aspiradora gigante, pero con válvula de retención: atrae materia y parte de ella la expulsa de vuelta al espacio. Este "flujo inverso" —el viento estelar— ya lo habían notado los astrónomos, pero solo lo veían como una mancha borrosa en rayos X.

Un detector de materia oscura se parece a un micrófono muy sensible que escucha el silencio. Capta diminutos golpes de calor, los fonones, que se producen cuando una partícula roza el cristal. Pero en lugar de silencio, los instrumentos han estado oyendo ruido durante años: una multitud de señales débiles por debajo de unos pocos cientos de electronvoltios.

Cuando una estrella como el Sol agota su hidrógeno, se hincha hasta convertirse en una gigante roja, mientras el helio se acumula en su núcleo. En cierto momento, el helio estalla: en unos segundos se libera tanta energía como la que la estrella había irradiado durante miles de años. Eso es el destello de helio.

El sistema binario SS433 es conocido porque el agujero negro que contiene desgarra materia de su estrella vecina. Parte del gas cae en el agujero, y otra parte es expulsada en dos chorros estrechos que giran como una peonza. Estos chorros se observan en radio y en rayos X.

En el corazón de los Alpes se esconde el Gran Colisionador de Hadrones. De vez en cuando sus detectores registran picos repentinos: los científicos los llaman UFO (objetos no identificados en caída). Según una teoría, no son fallos del equipo, sino rastros de materia oscura.

Los astrónomos los apodaron «pequeños puntos rojos»: lejanas galaxias con un agujero negro gigante en el centro, envuelto en una gruesa capa de hidrógeno. Este envoltorio no es solo un camuflaje, sino un cañón natural. El agujero absorbe materia, pero expulsa parte de ella en estrechos chorros.

Por el cielo nocturno viajan balas invisibles: los rayos cósmicos. Son núcleos atómicos acelerados hasta velocidades cercanas a la de la luz. Los campos magnéticos de la Galaxia desvían sus trayectorias, por lo que es difícil saber dónde nacen exactamente.

La luz de una fuente lejana, al pasar cerca de una estrella de neutrones, se curva como el haz de una linterna en un espejo deformante. Los astrofísicos realizaron un experimento numérico: lanzaron rayos hacia atrás, desde el observador hasta la estrella, y observaron qué imagen vería un telescopio.

Un nuevo estudio confirmó: las ondas de choque en el plasma alrededor de agujeros negros supermasivos en los centros de galaxias funcionan como olas oceánicas que empujan a los protones a velocidades cercanas a la luz. Incluso una onda débil les cede una décima parte de su energía, como si una suave resaca lanzara a un surfista al espacio.

En los primeros instantes después del Big Bang el espacio hirvió. Una sustancia sobrecalentada que impregnaba el mundo generaba burbujas gigantes de una nueva fase, como un líquido produce vapor. Los choques de esas burbujas aceleraban partículas a energías inimaginables en los aceleradores terrestres.

En el centro de muchas galaxias se esconde un agujero negro — un objeto predicho en las soluciones de las ecuaciones de Karl Schwarzschild. A su alrededor se extiende una corona ardiente: una región de plasma tenue calentado a miles de millones de grados.

Los rayos cósmicos —partículas con una energía monstruosa— viajan en la oscuridad del espacio intergaláctico. En una colisión frontal, su fuerza puede comprimirse en un agujero negro del tamaño de un átomo.

Las ondas gravitacionales de la fusión de una estrella de neutrones con un agujero negro llevan la huella de la dinámica más compleja del espacio-tiempo. Para descifrar esa huella, los físicos calculan amplitudes de dispersión: las probabilidades cuánticas de que dos cuerpos se separen con un cierto ángulo.

En 2017, los detectores LIGO y Virgo captaron ondas gravitacionales de la fusión de dos estrellas de neutrones. Estalló una kilonova: una brillante explosión cósmica en la que, según se creía, nacen los elementos más pesados de la tabla periódica.