aceleración de Fermi

En 1929, Edwin Hubble apuntó su telescopio a galaxias lejanas y descubrió que se alejan. Noventa años después, dos mediciones de la velocidad de esa expansión —una basada en la luz antigua y otra en estrellas cercanas— se niegan a coincidir. Una discrepancia del 9% no se puede achacar a errores.

Una trampa de luz mantiene a un átomo casi inmóvil, como una bolita sobre un resorte suave. Pero en cuanto aparece una aceleración, por ejemplo la gravedad, el equilibrio se desplaza. El átomo se mueve dentro de la onda de luz estacionaria, y esto cambia el ritmo al que intercambia energía con el campo.

El horno está al rojo blanco, pero el polvo cerámico sigue suelto. Se aplica un campo eléctrico y, en unos segundos, el material se asienta, se endurece y se convierte en un monolito resistente. Esta técnica se llama sinterización flash (del inglés "destello") y ahorra horas de cocción y gigavatios de energía.

En el centro de una galaxia lejana, donde gira un agujero negro supermasivo con una masa de cien millones de soles, el espacio está atravesado por campos magnéticos. Están enrollados en torbellinos apretados, como un embudo en una concha, solo que en lugar de agua hay plasma acelerado a velocidades cercanas a la de la luz.

Quince años de observaciones del telescopio de rayos gamma Fermi han revelado una grieta en el suelo de la Galaxia. Al sur del cúmulo Westerlund 1 —el cúmulo estelar joven más masivo de la Vía Láctea— se ha detectado un brillo extendido que coincide con una cavidad en el hidrógeno atómico.

La energía oscura acelera el Universo. Recientemente se descubrió que no es constante: su empuje oscila como una bomba defectuosa. Los sondeos DESI insinuaron un pico brusco de aceleración en el pasado reciente. La explicación surgió sin exotismos. Todo es como en una tetera con sarro: si se calienta de forma desigual, el vapor sale a chorros.

El destello dura una milésima de segundo, pero en ese instante libera tanta energía como la que el Sol emite en un día. Estas señales, las ráfagas rápidas de radio, son captadas por los telescopios desde 2007, y su origen sigue siendo un misterio. Un nuevo trabajo propone una respuesta elegante: todo se debe a un amplificador cósmico.

En las enormes nubes de gas enrarecido que llenan el espacio entre las estrellas, algo bulle constantemente. Explosiones de supernovas, flujos que chocan: todo esto agita el plasma. Y en estas ondas, según se ha descubierto, se esconde un mecanismo que da origen a los campos magnéticos.

El cosmos está atravesado por campos magnéticos. Los tienen las galaxias, las estrellas e incluso los vacíos casi vacíos (enormes regiones vacías entre cúmulos de galaxias). Normalmente se cree que los campos se amplifican a partir de campos 'semilla' débiles gracias a la turbulencia, como una dinamo.

El enigma de las ráfagas rápidas de radio (FRB) no es solo una cuestión de «¿qué explotó ahí?». Es un drama de transferencia de energía en condiciones extremas, donde el más mínimo tropiezo termina en colapso.

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 estrella masiva no se apaga simplemente: explota como supernova, dejando un remanente en expansión y una estrella de neutrones que gira frenéticamente: un púlsar. En esta tormenta cósmica nacen patrones asombrosos, y el sistema «Nimbo»-«Trueno» es su deslumbrante ejemplo.

Una carga que se mueve con aceleración normalmente emite luz — es un hecho cotidiano. Pero los físicos han descubierto que si la carga se desliza por una trayectoria especial, su radiación se comporta de manera diferente.

En los años 1920, Edwin Hubble notó que las galaxias se alejan — así se descubrió la expansión del Universo.

Cada segundo nos atraviesan proyectiles invisibles provenientes de las profundidades del cosmos. Son los rayos cósmicos: núcleos atómicos acelerados a velocidades casi indistinguibles de la velocidad de la luz. Su energía supera en cientos de millones de veces la que pueden alcanzar nuestros aceleradores más potentes.

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.

El espacio interestelar no está vacío: está lleno de gas enrarecido que en algunos lugares es cálido y en otros frío. Los límites entre estas regiones se asemejan a las paredes entre burbujas de jabón.

Un haz de electrones en un acelerador se parece a una bandada de pájaros: vuela en grupo compacto, pero con el tiempo se dispersa. Para mantener las partículas juntas, normalmente se utilizan imanes pesados. Aquí se prescindió de ellos: el haz se comprimió a sí mismo.

Una onda de choque en la corona solar es como la onda de presión de un avión supersónico, solo que en lugar de aire hay plasma ardiente y en lugar de sonido hay un salto en la densidad y el campo magnético. El 10 de marzo de 2024, una onda así recorrió la parte occidental del disco solar.

Un láser potente impacta en un diminuto blanco, que al instante se convierte en una nube de gas incandescente: plasma. En esa nube nacen espontáneamente campos magnéticos. Actúan como manos invisibles que impiden que el calor escape libremente del centro caliente.

Un estallido de rayos gamma es como un disparo de un cañón cósmico: un destello breve pero cegador que durante unos segundos eclipsa a una galaxia entera. Pero si lo observamos en el rango gamma más duro (fotones con energía superior a un gigaelectronvoltio), la señal a menudo se pierde en el ruido, como un susurro en una sala ruidosa.

Los físicos encerraron una nube de átomos de litio entre espejos. La luz rebota en su interior, como en una sala de ecos, forzando a los átomos a emitir sincrónicamente: se produce superradiancia, similar a un coro donde las voces se fusionan en un único estruendo.

Cuando una estrella masiva muere y explota, no solo emite luz, sino también partículas ligeras invisibles. Estas se dispersan en todas direcciones a casi la velocidad de la luz. Solo una pequeña fracción llega a la Tierra, pero cada explosión produce su propio cúmulo.

En la fragua del herrero, un chorro de aire aviva las brasas y las ondas de choque expulsan burbujas de gas incandescente. En los centros de las galaxias, un agujero negro supermasivo dirige el mismo proceso.

Cuando una estrella masiva agota su combustible termonuclear, su núcleo colapsa y las capas externas son expulsadas al espacio a velocidades de miles de kilómetros por segundo. Así nace un resto de supernova: una nube en expansión de gas comprimido por ondas de choque que se extiende a lo largo de años luz.

En 1961, Stanislaw Ulam propuso un modelo sencillo: una partícula rebota entre una pared fija y otra que oscila según una ley lineal por tramos. Parecía un billar cualquiera. Pero detrás de esa simplicidad se escondía una pregunta que inquietó a los físicos durante décadas: ¿puede la partícula acelerarse hasta el infinito? La respuesta resultó paradójica. En la versión clásica, casi nunca.