fricción dinámica

Una galaxia se parece a una ciudad: en el centro hay luces brillantes y edificios densos, y hacia las afueras, luces dispersas y vacío. Pero si observamos cómo rota el gas en el disco galáctico, vemos que en las afueras su velocidad casi no disminuye. Como si barrios invisibles siguieran sosteniendo el movimiento.

En un concierto, en medio de una multitud apretada, cada paso cuesta trabajo: cuanto más apretados estamos, menos ganas de moverse. Así se comporta normalmente la materia activa: los enjambres de bacterias o las bandadas de robots se quedan quietos en la densidad. Pero un grupo de investigadores descubrió el efecto contrario.

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.

En las primeras fracciones de segundo después del Big Bang, el universo fue un escenario de cambios vertiginosos. Una lámina de goma estirada que se enfría rápidamente se cubre de microgrietas. Un proceso similar a escala cósmica pudo dar origen a las cuerdas cósmicas: hebras de energía finísimas pero superdensas que se extendían por todo el universo.

Una rama cae en un remolino. Gira y se rompe, pero a veces del centro sale una potente fuente de agua. Algo parecido ocurre cuando un agujero negro despedaza una estrella que pasa cerca, y a veces después de eso un deslumbrante chorro de plasma —un jet— se dispara al espacio.

Un diminuto satélite, como un nadador, corta las capas invisibles de gas en la envoltura hinchada de una gigante roja. Cada vuelta de su órbita excita una estela acústica —ondas de compresión que viajan a través del plasma. Según la ley de la gravitación universal, el satélite atrae al gas, y el gas al satélite, creando esta estela.

Como un delicado mecanismo de relojería, un sistema multiplanetario responde sensiblemente al más mínimo empujón.

Los rayos cósmicos no viajan en línea recta. Las partículas cargadas, aceleradas a velocidades enormes, serpentean en el campo magnético de la Galaxia como motas de polvo en una corriente de viento. Por lo general, se considera que simplemente se dispersan a lo largo y a lo ancho de las líneas de campo.

Cuando dos estrellas de neutrones giran una alrededor de la otra, sus cuerpos no permanecen como esferas rígidas. La gravedad de la compañera estira cada estrella, creando protuberancias de marea, de manera similar a como la Luna eleva el agua en los océanos de la Tierra.

Cuando dos estrellas superdensas giran en un baile íntimo, el espacio a su alrededor tiembla. Ese temblor —las ondas gravitacionales— es captado por gigantescos detectores en la Tierra. Pero descifrar la señal no es fácil: hay que entender con qué nos enfrentamos, si con un par de agujeros negros o de estrellas de neutrones.

Imagina a un bailarín de tres rostros en la cresta de una ola de luz. Un rostro es el receptor, absorbiendo los fotones incidentes. Otro, un espejo perfecto que devuelve la luz. El tercero, un vidrio esmerilado que dispersa los rayos en todas direcciones. A baja velocidad, la danza es armoniosa. Pero a velocidades relativistas, la coreografía se desmorona.

En la imagen tradicional, un agujero negro es un abismo sin rostro en el espacio-tiempo. Pero si a su alrededor vibra una envoltura de materia, el hueco entre el borde del abismo y esa envoltura se convierte en una cavidad resonante.

Una cuerda cósmica que fue pulsada en el momento del Big Bang no solo zumba en una sola nota: por ella corren ondas y, de vez en cuando, se desprenden diminutos bucles. Estos bucles, como diapasones, comienzan a vibrar en su propia frecuencia, produciendo un sonido muy agudo.

Normalmente, al hacer oscilar rápidamente un espejo en el vacío, se pueden crear partículas reales de la nada: es el efecto Casimir dinámico. Pero cerca de un agujero negro la cosa cambia. La propia curvatura del espacio-tiempo sofoca cualquier intento de crear algo.

Una grieta fina corre por el vidrio. A primera vista, la línea de fractura simplemente refleja la fragilidad del material. Pero si nos fijamos en el nivel de los átomos, la imagen se complica: el vidrio comienza a resistirse de manera diferente cuando la grieta se acelera.

Una estrella de neutrones es el núcleo que fue de una estrella masiva, comprimido hasta el tamaño de una ciudad. En su centro, la materia está tan densamente apretada que los átomos dejan de existir, y los protones y neutrones se disuelven en un mar de quarks.

Dentro de cada neurona hay un canal largo y delgado: el axón, por el que la señal viaja desde el cuerpo de la célula hasta otras células. Para que el canal funcione, las mitocondrias, unos orgánulos diminutos que producen energía, circulan constantemente por él. Se mueven en ambas direcciones, como coches en una carretera estrecha.

Cuando una estrella masiva explota como supernova, sus capas externas se dispersan por el espacio a miles de kilómetros por segundo. Se forma una onda de choque: una gigantesca muralla invisible que arrasa el gas y el polvo interestelar, como una excavadora.

Una piedra lanzada describe un arco nítido, pero la posición de un electrón en un átomo está difuminada, como una niebla. La transición de uno a otro es un misterio. Un nuevo trabajo muestra que la borrosidad no desaparece por culpa del observador, sino por la propia gravedad.

Cuando se estira un trozo de metal, este cambia de forma y, a la vez, se vuelve más resistente. El secreto está en unos diminutos defectos de la red cristalina llamados dislocaciones. Son como arrugas en una alfombra: si mueves la arruga, la alfombra se desplaza más fácilmente que si tiras de toda la alfombra de una vez.

Una varilla clavada en un material granular —por ejemplo, arena o una capa de bolitas— no se comporta como uno esperaría. En lugar de hundirse verticalmente, se desvía de la vertical rápidamente y termina por quedar horizontal.

En la mayoría de los materiales magnéticos, la pared de dominio —el límite entre regiones con diferente magnetización— se mueve bajo la acción de una corriente en una dirección determinada por el sentido de la corriente.

Una moneda girando sobre una mesa es una imagen que todos conocemos. Primero gira rápido, luego se inclina y su golpeteo se vuelve cada vez más frecuente. En los últimos segundos parece suspenderse: la rotación se ralentiza, pero la moneda no termina de caer. Ese momento final es un verdadero enigma para los físicos.

Dentro de un imán hay regiones donde todos los miniimanes atómicos apuntan en la misma dirección. Entre esas regiones hay una estrecha zona de transición donde la dirección de la magnetización gira suavemente. Esa zona se denomina pared de dominio. Antes se la consideraba sin masa: la empujabas y se detenía al instante.

El vidrio es un material con carácter. Parece frágil, pero en su interior pueden habitar poderosas fuerzas invisibles. En el vidrio templado químicamente, la superficie está comprimida como una goma elástica estirada, mientras que el interior está, por el contrario, estirado. Cuando un objeto rápido impacta contra este vidrio, esa goma se rompe en muchos puntos a la vez.

Cuando dos placas de la corteza terrestre rozan entre sí, entre ellas queda una capa de roca pulverizada, como arena entre las palmas de las manos. Esta capa, que los geólogos llaman arcilla de falla, no se comporta como roca sólida, sino como una pasta espesa: puede compactarse, expandirse y deslizarse.

La galaxia enana de Sagitario se estrelló contra el disco de la Vía Láctea y lo atravesó repetidamente, como una piedra lanzada a un estanque tranquilo. Cada impacto dejaba ondulaciones: ondas y curvaturas en el campo estelar.

Una estrella joven está rodeada por un disco plano y giratorio de gas y polvo: es el andamiaje de los futuros planetas.

Una estrella joven es como un trompo de varias capas: sus capas externas giran más lentamente, mientras que las internas lo hacen más rápido. El campo magnético aquí es como hilos resistentes que unen estas capas. Cuando las velocidades son diferentes, los hilos comienzan a retorcerse y tensarse cada vez más.

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 galaxia NGC 3627, una belleza espiral en la constelación de Leo, guarda una estela que no encaja en ningún escenario estándar. Una estrecha banda de gas frío, una estela molecular, se extiende a lo largo de más de 8 kilopársecs (miles de pársecs, cada uno de unos 3260 años luz) con un ancho de unos 200 pársecs.