estrella oscura

En los primeros instantes tras el Big Bang, la materia y la antimateria deberían haber nacido en cantidades iguales. Pero hoy, a nuestro alrededor, hay materia ordinaria, mientras que la antimateria casi no se encuentra. ¿Dónde fue a parar?

Un reactor de fusión tipo stellarator se parece a un capullo magnético retorcido con astucia. Su tarea es contener plasma sobrecalentado para que los núcleos de hidrógeno se fusionen y produzcan energía. Pero la forma tridimensional del capullo crea huecos: algunas partículas escapan, especialmente las más rápidas, que son las que llevan el mayor calor.

El universo se asemeja a un enorme andamiaje invisible. No lo vemos directamente, pero sabemos que existe: las galaxias y los cúmulos se mantienen unidos gracias a él. Ese andamiaje es la materia oscura. La versión más popular sostiene que es "fría" y está compuesta por partículas pesadas y lentas.

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.

Durante mucho tiempo en cosmología reinó la convicción, proveniente de Hawking: en la época de radiación, los agujeros negros primordiales no crecen.

Las estrellas de neutrones — restos de supernovas — son unos de los objetos más densos del Universo. Su densidad central supera varias veces la nuclear, y su gravedad solo cede ante los agujeros negros.

En el centro de la Vía Láctea, donde reina sin rival el agujero negro supermasivo Sagitario A* (cuya métrica fue obtenida por primera vez por Karl Schwarzschild), la estrella S4714 emprende un viaje vertiginoso.

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.

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.

El Universo está lleno de lo invisible. Sabemos de la materia oscura por la rotación de las galaxias y las lentes gravitacionales, pero su naturaleza se nos escapa desde hace un siglo.

El telescopio espacial James Webb se asomó a la época en que el universo tenía menos de mil millones de años y descubrió allí cientos de objetos extraños. Diminutos pero deslumbrantemente brillantes, resplandecían con un rojo profundo, como brasas incandescentes esparcidas sobre el terciopelo negro del cosmos.

Con ayuda del telescopio James Webb, los astrónomos se asomaron a un antiguo cuásar — el deslumbrante corazón de una galaxia, donde un agujero negro gigante succiona materia. Resultó que no solo destruye, sino que también crea: sus potentes chorros y ondas de choque actúan como un auténtico molino cósmico.

En el silencioso teatro del cosmos, la obra de la vida de una estrella transcurre durante miles de millones de años. Pero a veces un director invisible se cuela en el escenario: un agujero negro primordial.

Lanza una piedra a un estanque y verás ondas. Algo similar ocurre dentro de los cúmulos compactos de materia oscura cuando se encuentran en un medio especial: el campo escalar. Este campo, que lo impregna todo, puede amplificarse espontáneamente en el interior de estos objetos, como si las ondas en el agua se hicieran cada vez más altas y visibles.

Los axiones son partículas elementales hipotéticas introducidas en la teoría por Roberto Peccei y Helen Quinn en 1977 para resolver el llamado problema fuerte de CP en el modelo estándar de la física de partículas.

Después del Big Bang, el universo se asemejaba a un globo fuertemente inflado: la presión impedía que la materia se comprimiera en grumos. Pero las hipotéticas partículas superpesadas — una especie de «pesos pesados» del micromundo — volvían el globo menos elástico por un instante.

Una hoguera hecha de alcohol puro arde con intensidad y casi no produce humo. Así brillaban las primeras estrellas: no contenían elementos pesados, solo hidrógeno y helio, restos del Big Bang.

Un agujero negro diminuto, del tamaño de un núcleo atómico, flota en el caldo ardiente del universo temprano. Normalmente, una criatura tan pequeña debería evaporarse rápidamente, liberando energía como una gota de agua en una sartén caliente. Pero si el espacio es más complejo de lo que parece y contiene dimensiones ocultas, todo cambia.

El telescopio espacial James Webb detectó en el universo primitivo objetos rojos diminutos pero anormalmente brillantes. Su luz supera en cientos de veces lo esperado para las galaxias típicas de esa época.

Los diminutos agujeros negros que surgieron justo después del nacimiento del universo deberían evaporarse, desprendiendo masa en forma de partículas invisibles. Esto fue predicho por Stephen Hawking, y esta «evaporación de Hawking» contribuyó a la expansión del joven cosmos.

A 65 millones de años luz de la Tierra, en la constelación de la Ballena, se refugian tres galaxias enanas galaxias: DF2, DF4 y DF9. Todas ellas han sido declaradas «galaxias sin materia oscura», una misteriosa sustancia invisible que normalmente mantiene unidas a las estrellas.

Las imágenes de galaxias lejanas están salpicadas de arcos curvos y manchas: es la luz distorsionada en su camino hacia nosotros. El efecto, predicho por Albert Einstein, funciona como un espejo curvo gigante: un cúmulo masivo de galaxias distorsiona las imágenes de las fuentes de fondo.

La masa leuda más rápido si ya contiene levadura. De manera similar, las galaxias pudieron formarse más rápido si ya contenían agujeros negros.

En la cocina de la Galaxia existe una receta de estofado estelar. El ingrediente principal es el hidrógeno, pero el sabor del plato depende de una pizca de metales. Los astrónomos, por primera vez, han mirado dentro de las ollas donde esa pizca casi no existe y han visto que faltan las estrellas más pequeñas.

En la galaxia Gran Nube de Magallanes, que orbita nuestra Vía Láctea, los astrónomos han capturado cinco estrellas que parecen fósiles de un pasado muy remoto. Tienen casi nada de metales — apenas entre una centésima y una milésima de lo que hay en el Sol, pero con decenas de veces más carbono.

Los astrónomos apuntaron el James Webb hacia tres galaxias cuya luz ha viajado 12 mil millones de años. Los primeros datos indicaban un crecimiento increíblemente rápido — como si un bebé alcanzara la estatura de un adulto en un año, lo que contradecía la expansión del Universo.

En 2014, los astrónomos detectaron una enorme estrella amarilla en la galaxia de Andrómeda. Para 2022, desapareció sin dejar rastro, sin la habitual explosión cegadora de una supernova. Como si simplemente apagaran la luz.

Diminutos agujeros negros del tamaño de un átomo pero más pesados que un asteroide nacieron justo después del Big Bang. Ahora, probablemente, son la materia oscura, esa masa invisible que impide que las galaxias se desintegren. No se pueden atrapar directamente: apenas emiten nada.

La estrella de neutrones es el remanente comprimido de una estrella masiva: su materia está tan densa que una montaña del tamaño de un dedal tendría una densidad colosal.

Después del Big Bang, el universo era caliente y denso. En los cúmulos de materia oscura — una sustancia invisible que solo se siente por gravedad — sus partículas, al chocar, desaparecían, generando una poderosa radiación. Este calor oculto, como un hogar invisible, calentaba las nubes de gas desde dentro.

En los primeros instantes después del Big Bang, en el universo pudieron formarse objetos muy distintos de las estrellas que conocemos: las estrellas oscuras.

En el centro de la galaxia NGC 1600, a 200 millones de años luz de nosotros, los astrónomos notaron un denso cúmulo de estrellas. Parecía un nudo brillante sobre el resplandor difuso, y fue inesperado.

El telescopio James Webb ha vislumbrado en el universo temprano un reguero de objetos compactos apodados «pequeños puntos rojos». Son demasiado rojos y demasiado tenues para ser cuásares ordinarios, y los astrofísicos se devanan los sesos tratando de averiguar qué los alimenta.

La luz de una galaxia lejana se ha duplicado, triplicado, cuadruplicado, y en el centro ha aparecido un quinto fantasma. Así es HerS-3: una galaxia joven, llena de polvo y estrellas recién nacidas, cuya luz ha atravesado una lente gravitacional, un objeto masivo que curva los rayos como el cristal de una lupa.

Una esfera de polvo homogéneo comienza a contraerse bajo su propia gravedad. En su interior, como una burbuja salvavidas, se infla una región con presión negativa: la burbuja de de Sitter. Esta se expande, se desacelera justo en el borde de la caída y se congela en el radio de Schwarzschild.