formación de núcleo de materia oscura

Bajo el microscopio electrónico, una proteína se ve como una serie de sombras borrosas: cientos de miles de imágenes de la misma molécula, pero desde ángulos distintos y con un fuerte ruido. Antes, a partir de esas sombras se armaba primero una 'neblina' tridimensional: un mapa de cómo se distribuye la carga eléctrica dentro de la proteína.

Un agujero negro no es solo una aspiradora cósmica. Si rota, puede amplificar las ondas a su alrededor, como un eco de montaña que repite el sonido. Para la materia oscura ultraligera (partículas miles de millones de veces más ligeras que el electrón), este efecto, llamado superradiancia, podría crear una nube enorme.

Un cúmulo globular —un denso enjambre de cientos de miles de estrellas— atraviesa la galaxia como una bala perfora el agua. En materia oscura ordinaria (esa masa invisible que mantiene unidas a las galaxias), debería perder velocidad rápidamente debido a la fricción dinámica.

Tres cuerdas invisibles vibran en el vacío intergaláctico. No es poesía, sino una hipótesis sobre la naturaleza de la materia oscura: un campo cuántico ultraligero con espín 1, que porta tres polarizaciones.

Una estrella ha agotado su combustible y se contrae rápidamente bajo su propio peso. Según las ideas clásicas, colapsa en un punto de densidad infinita: la singularidad. Pero, ¿y si la naturaleza no tolera los infinitos? En los modelos de agujeros negros regulares, en el centro no surge una singularidad, sino un núcleo denso de materia desconocida.

Un agujero negro ordinario esconde en su centro una singularidad — un punto donde la densidad y la curvatura se vuelven infinitas y las leyes de la física dejan de funcionar.

En el centro de muchas galaxias se esconde una nube invisible: el halo de materia oscura. Si esta materia es lo bastante fría y ligera, se comporta como un líquido superfluido: fluye sin fricción y cualquier rotación se enrolla en diminutos vórtices cuánticos, hilos del tamaño de un núcleo atómico.

En el centro de un cúmulo estelar denso reina una auténtica fragua: aquí las estrellas, como piezas al rojo vivo, chocan y se fusionan bajo la acción de la gravedad, y estas fusiones no son una catástrofe, sino una oportunidad. Cada golpe del martillo estelar transfiere rotación al futuro agujero negro.

El universo temprano con desplazamiento al rojo z>7 fue un escenario de crecimiento desenfrenado: los agujeros negros con masas de hasta mil millones de soles ya brillaban como cuásares, devorando gas a un ritmo monstruoso. Cómo estos gigantes lograron crecer en tan poco tiempo es uno de los enigmas más candentes de la astrofísica.

En la búsqueda de la naturaleza de la materia oscura, una de las hipótesis más intrigantes se remonta a los primeros instantes después del Big Bang.

En el centro de una galaxia, la gravedad concentra la materia oscura formando una densa 'espina'. Esta espina oscura se asemeja a un embudo de partículas invisibles alrededor de un cuerpo masivo. Pero si tanto el centro como las partículas son agujeros negros primordiales, el panorama se rompe.

En el centro de muchas galaxias se esconde un halo invisible de materia oscura que mantiene a las estrellas en los bordes, impidiendo que se dispersen. Durante mucho tiempo se describió como un gas tenue de partículas, pero un nuevo trabajo propone una visión diferente: la materia oscura podría reunirse en una gota cuántica.

Solo unos pocos cientos de millones de años después del Big Bang, en el océano invisible de la materia oscura ya se estaban formando gigantescos agujeros negros. Nacían de la materia misma, sin ayuda de estrellas. Este mecanismo, basado en las ecuaciones de Lemaître, explica su aparición temprana.

Si aprietas un puñado de arena, se vuelve más densa, pero en algún momento los granos chocan entre sí: no hay más espacio para comprimir. De manera similar, según algunos teóricos, el espacio se comporta a distancias ultracortas: tiene un límite de divisibilidad, una especie de «grano».

Una peonza del tamaño de una ciudad, que pesa más que el Sol y da cientos de vueltas por segundo. Eso es una estrella de neutrones: el resto de una estrella que explotó. A veces, su rotación se acelera de repente, como si algo en su interior cambiara de estado. Los astrónomos llaman a estos saltos glitches y sospechan que los culpables son vórtices invisibles en el relleno superfluido de la estrella.

En el mundo cuántico, las partículas de materia oscura pueden fusionarse en una sola gota superfluida: un estado donde la sustancia fluye sin fricción, como un líquido ideal. Al encontrarse cerca de un agujero negro, esa gota no desaparece en él, sino que se enrolla en vórtices estables, como el agua que rodea una piedra en un río.

Los agujeros negros son de dos tipos: diminutos — restos de explosiones de supernovas, y colosos en los núcleos de galaxias. ¿Y dónde están los intermedios, de cientos y miles de masas solares? La respuesta quizá se esconde en los enjambres estelares, donde los agujeros negros chocan como bolas en una mesa de billar y, al fusionarse, aumentan de peso.

Dos agujeros negros vuelan uno hacia el otro y chocan de frente. En la imagen habitual, sus horizontes (las superficies de las que ni siquiera la luz puede escapar) se estiran mutuamente, como gotas de agua, y se fusionan en una figura lisa. Pero los cálculos muestran otra cosa: antes de la fusión, en cada horizonte se estira un pico afilado: una cúspide.

En el caldero ardiente del universo temprano, el vacío, como un líquido sobreenfriado, podía burbujear con una nueva fase. Durante mucho tiempo, los físicos depositaron sus esperanzas en estas burbujas como fuente de agujeros negros primordiales (ANP) — candidatos ideales a materia oscura.

En un fino sándwich de semiconductores, la luz crea pares: un electrón y un hueco positivo que se mantienen unidos como una pelota atada a una goma elástica. Normalmente, estos pares, los excitones, emiten luz rápidamente y desaparecen. Pero hay otros, los oscuros, que viven cientos de veces más porque su estructura interna les impide ceder energía al exterior con facilidad.

En una gran nube de gas donde nacen las estrellas, las líneas de fuerza del campo magnético están alineadas aproximadamente en una misma dirección, como las fibras de un trozo de fieltro.

La telaraña cósmica se asemeja a una gigantesca red tridimensional: las galaxias y los cúmulos están conectados por filamentos de materia oscura. Estos filamentos son como puentes invisibles por los que la materia fluye hacia los grandes nodos.

El cerebro se parece a una gran ciudad: los distritos (las regiones) se comunican entre sí a través de calles (las vías nerviosas). Si los semáforos de un cruce se estropean, el tráfico se detiene. Lo mismo ocurre en el cerebro: si los haces de fibras nerviosas (la sustancia blanca) funcionan mal, las regiones distantes dejan de actuar de manera coordinada y el pensamiento se atasca.

El telescopio espacial James Webb observó el cúmulo de galaxias AS1063 y distinguió decenas de miles de cúmulos globulares: densos "ovillos" de estrellas dispersos por todo el cúmulo. Su ubicación coincidió con el mapa de masa invisible que se construye a partir de la curvatura de la luz de galaxias lejanas.

La materia oscura es el andamio invisible del Universo. No emite luz, pero su gravedad evita que las galaxias se desintegren. Una nueva hipótesis sugiere que la materia oscura está compuesta de fotones oscuros, partículas fantasmales que normalmente son invisibles.

En los centros de muchas galaxias se esconden agujeros negros supermasivos, rodeados de discos de gas, polvo cósmico y estrellas. Sus colisiones pueden generar ondas gravitacionales — ondulaciones del espacio-tiempo.

El telescopio James Webb detectó en el Universo temprano «puntos rojos»: objetos densos de decenas de años luz. El análisis espectral de su luz mostró que es el color del hidrógeno. Pero en rayos X son casi invisibles, como un potente reflector envuelto en una cortina de gas de múltiples capas.

En los laboratorios de la Tierra, el condensado de Bose-Einstein se obtiene enfriando una nube de átomos hasta millonésimas de kelvin. Los átomos pierden su individualidad y se funden en una única onda cuántica que se comporta como un todo.