curva de rotación de galaxia

El cielo nocturno parece tranquilo, pero en realidad está atravesado por una lluvia invisible de partículas cargadas: los rayos cósmicos. Los científicos llevan mucho tiempo intentando averiguar dónde nacen los más energéticos.

Una piedra lanzada describe un arco, pero un planeta alrededor del Sol traza una curva cerrada. ¿Por qué precisamente una elipse y no un círculo o una espiral? La respuesta la da la primera ley de Kepler, pero su demostración habitual requiere cálculos complejos. Este trabajo propone un camino más corto, a través de una simple razón de velocidades.

El intérprete se distrae con cada susurro en la sala, y una reunión de una hora se convierte en dos. Una estrella de neutrones comprime la masa del Sol en una esfera del tamaño de una ciudad, y la materia de su núcleo es más densa que el núcleo atómico. Los físicos no pueden comprobar en el laboratorio cómo está hecha: no se puede generar la presión necesaria.

El carrusel gira: cuanto más lejos del centro te sientas, más rápido te lleva. Durante mucho tiempo se pensó lo mismo de las galaxias: las estrellas en las afueras deberían girar más lento que las cercanas al centro. Pero ya en los años 1970 se descubrió que en muchas galaxias espirales la velocidad de las estrellas apenas disminuye con la distancia al centro.

Una piedra lanzada vuela en arco y cae. Un planeta alrededor de una estrella es la misma piedra, solo que cae infinitamente, rodeando el astro en una curva cerrada. En el mundo de Newton, esa curva es una elipse perfecta, y el planeta regresa al mismo punto en cada vuelta. En la realidad, la órbita gira ligeramente: su punto más cercano a la estrella, el periastro, se desplaza.

En el corazón mismo de la Vía Láctea, alrededor de un agujero negro supermasivo invisible, giran estrellas. Una de ellas, S301, completa una órbita en solo 8,7 años. Su trayectoria es una elipse muy aplastada: a veces se acerca casi rozando al agujero negro, y otras se aleja hasta perderse.

El meteorólogo traza una línea negra gruesa a través de toda Europa: al norte, heladas; al sur, deshielo. Esta frontera —la isoterma cero— no dice qué temperatura hace en Estocolmo o Roma, pero indica con total honestidad dónde termina el invierno. En la cosmología de los últimos años ha aparecido un mapa en el que se puede trazar un límite análogo.

A 26 000 años luz de la Tierra, en el corazón de la Vía Láctea, la estrella S301 se precipita a través del espacio a 18 000 kilómetros por segundo. Rodea el agujero negro supermasivo Sgr A* en una órbita alargada. En el punto de máximo acercamiento, la estrella se encuentra a solo 280 radios gravitacionales, algo así como del Sol a Urano.

Un rayo de luz que pasa cerca de un cuerpo masivo se desvía: este es el efecto de lente gravitacional, conocido por las imágenes de galaxias lejanas. Los astrofísicos tomaron como base un agujero negro en rotación (el espacio-tiempo de Kerr) y añadieron una pequeña corrección a la forma en que se propaga la propia luz.

Cuando un planeta lejano pasa frente a su estrella, bloquea brevemente parte de la luz. Los astrónomos llaman a esto tránsito y por la profundidad de la caída deducen el tamaño del planeta. Pero la luz tiene una propiedad: un cuerpo masivo actúa como una lente.

Entre los bloques de hielo que vagan por el vacío hay viajeros especiales: los cometas interestelares. Nacieron alrededor de estrellas lejanas y, por casualidad, llegaron a nuestra vecindad. Uno de ellos, 3I/ATLAS, quedó bajo la mira de los telescopios cuando se acercaba al Sol.

El nacimiento cuántico del universo se asemeja a un juego de dados, donde la probabilidad de sacar un seis es catastróficamente pequeña. El formalismo de Hawking y Hartle —una receta elegante para el nacimiento del mundo desde la atemporalidad— predijo durante décadas que un universo como el nuestro es un evento fantásticamente improbable.

El halo de nuestra galaxia es una enorme nube difusa de estrellas viejas que envuelve el disco que conocemos. Guarda la historia de cómo la Vía Láctea creció al absorber galaxias enanas vecinas.

Antes los astrónomos calculaban la masa de las galaxias como si fueran esferas perfectas. Pero una galaxia es un panqueque plano. El nuevo modelo 'Perdido y Encontrado' tiene en cuenta la forma real: suma la atracción de todas las partes del disco, no solo del abultamiento central.

Como un río que de repente desaparece bajo tierra, el brazo de Perseo en la Vía Láctea se corta en una región que los astrónomos llaman la Bahía de la Jirafa. Allí donde debería continuar la brillante franja de estrellas, se ve una oscura 'vacío'.

Alrededor de cada galaxia existe una envoltura invisible de gas caliente, como el vapor que se eleva sobre una olla de agua hirviendo. Este gas apenas brilla en rayos X, por lo que es muy difícil de medir. Pero en él se guarda la memoria de las explosiones estelares y del crecimiento de la galaxia.

Las ondas de radio, al atravesar gas magnetizado, giran ligeramente su polarización, como la aguja de una brújula se desvía cerca de un imán. Esta rotación, llamada efecto Faraday, ha revelado el medio invisible alrededor del agujero negro supermasivo en la galaxia NGC 1275.

Una galaxia lejana, similar a nuestra Vía Láctea, expulsa gas al espacio, como un secador de pelo que sopla el polvo de una mesa. Siete rayos de luz de un objeto aún más distante atravesaron esta nube de gas, y los astrónomos vieron que el flujo de gas es estrecho, como un chorro de manguera, y no ancho, como un abanico.

Las ondas gravitacionales son ondulaciones del espacio que generan, por ejemplo, pares de agujeros negros supermasivos que orbitan entre sí. Para detectarlas, los científicos observan púlsares, estrellas muertas que emiten pulsos de radio con la precisión de un reloj.

El telescopio espacial Gaia ha medido la velocidad de rotación de más de cien mil estrellas. Resulta que la velocidad de giro depende de la temperatura de la estrella. En las estrellas más frías que 6500 grados, la superficie se mueve a una velocidad de 10 a 20 kilómetros por segundo.

A gran escala, el universo se asemeja a una telaraña gigante: los brillantes cúmulos de galaxias están conectados por largos filamentos de galaxias, gas y materia oscura. Antes se pensaba que por estos filamentos la materia fluía hacia los cúmulos como por tuberías.

Tres planetas gigantes lejanos orbitan tan cerca de sus estrellas que su año dura apenas unos pocos días terrestres. Estos mundos se llaman Júpiter calientes, y sus órbitas son un verdadero enigma: ¿cómo llegaron a estar tan pegados a la estrella si nacieron lejos, en las frías afueras del sistema?

Las galaxias del universo no están dispersas al azar: las vecinas se mueven en la misma dirección, como un banco de peces, mientras que las lejanas van cada una por su cuenta. Dónde está el límite entre 'juntas' y 'por separado' no estaba claro hasta ahora.

Tres galaxias lejanas giran como tiovivos gigantes. Sus estrellas y su gas se mueven a lo largo de brazos espirales, y por la velocidad de ese movimiento se puede calcular cuánta materia hay en la galaxia, tanto visible como invisible.

El Universo se expande, y cada cúmulo de galaxias participa en una danza grandiosa. El ritmo de esta danza lo marca la constante de Hubble, que fue medida por primera vez por Edwin Hubble hace casi un siglo. Refinar ese número es difícil, pues se necesita una regla de miles de millones de años luz.

En 2019, el telescopio Event Horizon regaló a la humanidad la primera imagen de la sombra de un agujero negro. Desde entonces, los astrofísicos sueñan con algo más: ver cómo se mueve la materia en el mismo embudo del espacio-tiempo. Uno de los misterios es el caos.

La galaxia NGC 1560 es una modesta isla de estrellas y gas a diez millones de años luz de nosotros. Su curva de rotación, medida por primera vez en 1991, se ha convertido en un icono para quienes buscan una alternativa a la materia oscura.

El sistema solar completa una vuelta alrededor del centro de la Vía Láctea cada 210 millones de años. La última vez que estuvimos en este mismo lado de la Galaxia, los primeros dinosaurios vagaban por la Tierra. Esa cifra, 243.72 km/s, se ha podido precisar gracias a estrellas raras que atraviesan la Galaxia como balas de cañón.