espiral de relación de masas extrema

En una densa nube de gas y polvo donde nacen estrellas masivas, dos estrellas jóvenes pasaron hace poco muy cerca una de la otra. Su danza dura apenas unos sesenta años, y los astrónomos la han visto por primera vez en detalle.

Una red de radiotelescopios repartidos por todo el planeta capta el susurro de un agujero negro lejano. Cada antena registra la señal, pero ¿cómo combinar esas grabaciones si los relojes de las estaciones avanzan a ritmos distintos y la atmósfera distorsiona las ondas que llegan?

En algún lugar de las profundidades del cosmos, dos agujeros negros supermasivos giran uno alrededor del otro. Su danza no es suave: la órbita está estirada, como una goma elástica que se tensa y se comprime. Cada vuelta genera ondas en el tejido del espacio-tiempo: ondas gravitacionales.

Una habitación silenciosa, y en ella hay que distinguir una melodía entre muchos susurros apenas audibles. Así es más o menos la búsqueda de señales de sistemas extremos de dos agujeros negros: uno enorme y el otro millones de veces más pequeño.

Dos agujeros negros giran en una danza cósmica, acercándose en espiral. Al final se fusionan en uno solo —y ese instante produce una potente ráfaga de ondas gravitacionales, una ondulación del propio espacio-tiempo. ¿Y qué queda tras la fusión?

En el centro de una galaxia se encuentra un agujero negro supermasivo, y a su alrededor se extiende una enorme nube difusa de materia oscura. No brilla, no calienta, pero con su gravedad curva el espacio y cambia las reglas del juego para todo lo que gira cerca.

El cosmos está lleno de ondas invisibles: ondas en el tejido del espacio que dejan tras de sí catástrofes como la colisión de agujeros negros. Un agujero negro ordinario lo absorbe todo sin dejar rastro. Pero existen objetos exóticos hipotéticos: cúmulos superdensos de materia sin horizonte de sucesos (la superficie de la que ni siquiera la luz puede escapar).

En el centro de muchas galaxias no solo se esconden agujeros negros supermasivos, sino también enormes nubes de materia invisible. Si esta materia está compuesta por partículas ultraligeras, puede agruparse en densos cúmulos, una especie de «estrellas» de materia oscura.

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.

Cuando una estrella gigante agota su combustible, colapsa en un agujero negro. Ese agujero tiene un límite exterior — el horizonte de sucesos, del que ni siquiera la luz puede escapar. Pero muchos agujeros negros tienen también un límite interior: un segundo horizonte que separa las capas externas del núcleo de singularidad.

En un estudio reciente, los astrofísicos mostraron cómo la física anterior a la recombinación, en particular la energía oscura temprana, afecta la variación espectral $$α_s$$ y, en consecuencia, la viabilidad de los escenarios de formación de agujeros negros primordiales a partir de la fase de rodadura ultralenta (USR) durante la inflación.

En los centros de galaxias lejanas a veces se encienden "faros" de rayos X. No parpadean de forma caótica, sino con estricta regularidad: una vez cada varias horas o días. Estos estallidos se denominan erupciones cuasiperiódicas (repeticiones casi a intervalos regulares).

Los detectores de ondas gravitacionales registraron una señal extraña: GW241011. Dos agujeros negros se fusionaron, pero la pareja parecía inusual: uno de ellos era aproximadamente tres veces más ligero que el otro y, además, el sistema en su conjunto rotaba rápidamente. Esa combinación es un visitante poco frecuente en los catálogos.

Una estrella diminuta orbita alrededor de un agujero negro gigante en rotación. Poco a poco se acerca en espiral, y esta danza dura miles de años. Durante todo ese tiempo, ondas se propagan por el espacio, como círculos en el agua, solo que estas son ondas gravitacionales. Se pueden "escuchar" con detectores especiales.

En el centro de una galaxia, un agujero negro enorme está envuelto en una nube invisible: un enjambre de partículas ultraligeras que él mismo generó. En esa nube se sumerge otro agujero negro, del tamaño de una estrella, y comienza un largo baile en espiral. El acercamiento dura millones de años, pero los eventos más dramáticos ocurren justo en el horizonte.

Un agujero negro que gira rápidamente agujero negro, donde el espacio-tiempo está curvado al límite, se asemeja a una campana que puede zumbar durante siglos. Sus oscilaciones especiales casi no se amortiguan, perdiendo energía de manera increíblemente lenta.

Un funambulista gira sobre el abismo en espiral, acercándose al centro con cada vuelta. Su trayectoria no es un deslizamiento suave, sino una serie de tirones bruscos y pausas. Así se comporta un agujero negro diminuto cuando es arrastrado hacia un vecino supermasivo.

Un agujero negro supermasivo flota en una nube de materia oscura. En la imagen habitual, esta sustancia invisible simplemente añade masa y apenas interactúa con la materia ordinaria. Pero las partículas de materia oscura podrían tener rotación propia: espín.

Las olas seleccionan los guijarros en una playa de arena. Los guijarros pequeños están apretados unos contra otros, casi iguales en tamaño. Un poco más lejos de la orilla, hay una dispersión de piedras más grandes y variadas. Y justo donde el oleaje es más fuerte, se acumulan los fragmentos más grandes y redondeados.

Cuando un piano cae a un abismo, pensamos en el abismo. En que el piano lleva funda, no. De manera parecida, durante décadas los astrofísicos han observado los acercamientos extremos de cuerpos pequeños a agujeros negros grandes. Les interesaba el propio agujero negro y lo que gira a su alrededor.

En el centro de casi todas las galaxias grandes habita un agujero negro supermasivo: un gigante silencioso alrededor del cual orbitan estrellas, gas y otros agujeros negros más pequeños. De vez en cuando, uno de estos objetos se desvía de su órbita y comienza a caer hacia el monstruo central en una espiral cada vez más cerrada.

Las ondas gravitacionales de un cuerpo diminuto que cae hacia un agujero negro funcionan como una radiografía. Pero no atraviesan un hueso, sino el propio espacio-tiempo curvado.

Una moneda diminuta orbita alrededor de una pesada bola de bolos. La moneda es un pequeño agujero negro o una estrella de neutrones, y la bola es un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia.

Un gigantesco agujero negro desgarró una estrella, y de ella quedó un disco torcido de gas incandescente, como un disco de vinilo deformado por el calor. Ahora, un diminuto agujero negro (o una estrella) corretea alrededor y perfora regularmente ese disco. Cada pinchazo es un brillante destello de rayos X.

Normalmente, los agujeros negros se acercan gradualmente, girando en una espiral que se estrecha. Esta danza genera una larga ondulación de ondas gravitacionales, un temblor en el propio tejido del espacio-tiempo.

El Universo está lleno de materia invisible que gobierna el movimiento de las galaxias. En los años 1970, la astrónoma Vera Rubin demostró que sin la materia oscura, las estrellas de las afueras se habrían dispersado hace tiempo. Pero de qué está hecha sigue siendo un misterio.

Una piedra cae en un pozo y, un segundo después, se oye un chapoteo. Una estrella cae en un agujero negro y desaparece tras el horizonte, dejando solo un estremecimiento del espacio. Pero, ¿y si el fondo del pozo no fuera un callejón sin salida, sino un pasaje? En la imagen habitual, la materia se comprime en un punto de densidad infinita: la singularidad.

Las sombras de los objetos supermasivos en los centros de galaxias —M87 y la Vía Láctea— se han convertido en íconos de la astrofísica moderna. Pero ¿y si estas sombras no son huellas de absorción, sino de paso?

Un columpio se balancea cada vez más fuerte si lo empujas al ritmo adecuado. Un mecanismo similar se activa cuando una estrella muerta orbita un agujero negro masivo envuelto en una nube de partículas ultraligeras. Estas partículas son candidatas a materia oscura (la sustancia invisible que mantiene a las galaxias unidas).

Un patinador gira sobre el hielo acercándose poco a poco al centro. Su trayectoria no es una espiral perfecta: a veces entra en el ritmo de la música y da una vuelta extra, cambiando ligeramente la velocidad. Algo parecido hace un agujero negro pequeño cuando cae hacia uno supermasivo.

En el centro de un enorme embudo que lo succiona todo, una pequeña esfera cae en espiral. Mientras gira, se genera un zumbido grave: es el propio espacio el que tiembla, y a ese temblor lo llamamos ondas gravitacionales. Su frecuencia aumenta y el tono se eleva, igual que el sonido de una sirena al pasar.

Dos agujeros negros se enredan el uno alrededor del otro no en un suave círculo, sino como dos piedras lanzadas desde orillas opuestas a un profundo remolino. Su órbita se asemeja a un óvalo muy achatado: la excentricidad es casi uno. Cuando por fin chocan, nace una potente ráfaga de ondas gravitacionales: el temblor del propio espacio.

Una peonza en una mesa, al girar, se tambalea: el eje de rotación está inclinado y el movimiento se vuelve irregular. Algo similar ocurre con los agujeros negros alrededor de los cuales gira un disco de gas y polvo.

Cuando dos agujeros negros se fusionan, el espacio se estremece con ondas gravitacionales, y el agujero recién nacido recibe un poderoso impulso, como un cañón al disparar. En los centros de las galaxias, a menudo choca contra un disco de gas, una nube giratoria de materia que recuerda a una diana.

Dos agujeros negros giran cada vez más rápido y se fusionan en uno solo. Esta danza sacude el propio espacio: desde el lugar del encuentro se expanden ondas, parecidas a los círculos que hace una piedra al caer al agua. A veces, en la fusión también surge un destello de luz.

Dos agujeros negros sin rotación agujeros negros en el momento de la fusión generan ondas gravitacionales — ondulaciones en el mismísimo tejido del espacio-tiempo, que capturan los instrumentos desarrollados con la participación de Kip Thorne.

Una estrella de materia oscura es un océano invisible de partículas ultraligeras, cuya existencia sospechó Fritz Zwicky ya en los años 1930. En este océano se sumerge una estrella de neutrones — una bolita diminuta pero increíblemente pesada. La fricción con la materia oscura, como con el agua, acelera su caída hacia el centro.

Los agujeros negros son como trompos cósmicos. Su rotación curva el espacio-tiempo (como predijo Einstein) y se describe mediante un parámetro de espín que va de 0 a 1. El límite 1 es inalcanzable: la materia que cae actúa como un freno.

Un palo lanzado a un estanque se hunde en línea recta. Pero si el agua del estanque sube lentamente, el palo se retrasa y se hunde donde no se esperaba. Lo mismo ocurre con los agujeros negros: normalmente se cree que a su alrededor hay vacío, pero todo el universo se estira poco a poco.

A unos 25 000 años luz de la Tierra, en la constelación de Sagitario, una densa cortina envuelve a la estrella de neutrones GX 13+1. Dispersa los fotones de rayos X como la niebla dispersa la luz de una farola, y durante mucho tiempo ha ocultado a los astrónomos la verdadera potencia de la fuente.