microlente gravitacional

Un estroboscopio en una sala oscura captura sombras fugaces entre la multitud, sombras que el ojo no alcanza a percibir. Un agujero negro primordial del tamaño de un virus, al pasar frente a una estrella lejana, intensifica su luz durante unos segundos, como una lupa enfocada en una bombilla.

Un rayo de luz que pasa cerca de un cuerpo masivo se curva a su alrededor, como un corredor que dobla la esquina del estadio. Para una estrella de neutrones, ese ángulo de desviación suele considerarse igual al de una masa puntual.

En los oscuros confines de nuestra galaxia, lejos de los brillantes cúmulos estelares, se esconden millones de agujeros negros. Son invisibles: no emiten luz ni absorben materia de manera notable. Los métodos de búsqueda habituales, diseñados para campos estelares densos, son inútiles aquí. Se necesita otro enfoque.

En el centro de nuestra galaxia vive el agujero negro supermasivo Sagitario A*. Si un compañero invisible gira a su alrededor, su danza se puede notar por la luz de otras estrellas. La gravedad de este par actúa como una lente: cuando los agujeros negros pasan frente a una estrella de fondo, su luz se amplifica momentáneamente y se duplica.

El 23 de noviembre de 2023, los detectores de LIGO captaron algo extraño. La señal de ondas gravitacionales de la fusión de dos agujeros negros, denominada GW231123, apuntaba a masas récord — 137 y 101 masas solares — y una rotación anómalamente rápida. Sería la pareja más masiva y de rotación más rápida jamás registrada.

Doscientos millones de estrellas. En el centro de la Galaxia, donde apuntará el futuro estudio del telescopio Nancy Grace Roman, unas 250 veces durante la misión la luz de una de ellas temblará por un toque invisible.

Ocho puntos brillantes en el cielo radioeléctrico. Son el mismo cuásar HS 0810+2554, cuya luz atravesó una lente gravitacional: una galaxia masiva en primer plano.

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.

Dos estrellas de neutrones se acercan en espiral y colisionan. Nace una onda gravitacional, una ondulación en el espacio-tiempo, un breve estallido de rayos gamma y un tenue resplandor que los astrónomos llaman kilonova. Pero a veces la señal pasa cerca de una galaxia pesada.

En el Universo joven, hace unos diez mil millones de años, las galaxias parecían campos ilimitados después de una tormenta: por todas partes brotaban gigantescos grumos de formación estelar de miles de años luz, donde las estrellas jóvenes nacían con una energía desenfrenada. Hoy esas regiones casi han desaparecido: en las galaxias cercanas, los focos intensos son raros.

El modelo cosmológico estándar, basado en las ecuaciones de campo propuestas por Einstein, describe el Universo como un cóctel de materia oscura (descubierta gracias a Vera Rubin) y energía oscura en una proporción aproximada…

La luz de una estrella lejana no es un faro perfecto. Al atravesar el campo gravitatorio de otra estrella, se curva, se divide y se amplifica, creando en el cielo un fugaz anillo de Einstein. Así se manifiesta la microlente gravitatoria, predicha ya por Fritz Zwicky en los años 30.

El universo es un laberinto gigante de espejos curvos. La masa de galaxias y cúmulos distorsiona la luz de quásares lejanos, como jugando con nuestra percepción del cosmos. En esta casa de los espejos se esconde la solución del mayor misterio: la energía oscura, que acelera la expansión del espacio cada vez más.

En un campo de visión del tamaño de un grano de arena sostenido cerca del ojo, se esconden cientos de galaxias, difuminadas en arcos por la acción del cúmulo masivo Abell S1063.

Un rayo cósmico se acerca a un agujero negro casi en tangente. No cae de inmediato, sino que se detiene en una órbita inestable, como un acróbata que se balancea sobre una cuerda sobre el abismo. Tras dar varias vueltas, la luz finalmente escapa hacia un observador lejano. Estos rayos producen múltiples imágenes de una misma fuente, conocidas como imágenes de orden superior.

La luz de una estrella lejana se intensifica por un instante cuando un objeto masivo e invisible pasa entre ella y el telescopio. Este fenómeno, el microlente gravitacional, actúa como un telescopio natural.

El gigantesco cúmulo de galaxias Abell S1063, situado a 4 mil millones de años luz, funciona no solo como una lente, sino como un pozo gravitacional del tiempo.

Un móvil infantil: las figuras cuelgan de hilos y responden a cualquier soplo. De manera similar, los planetas en órbitas muy amplias apenas son sostenidos por la gravedad de la estrella — y sienten las más leves «corrientes» gravitacionales. Los astrónomos propusieron convertir esos planetas en detectores de materia oscura.

Un reflector ilumina una sala oscura. Entre la lámpara y la pared flota una lente invisible, y el punto de luz se vuelve más brillante por un instante, se desplaza ligeramente. Esto es exactamente lo que el telescopio DECam, apuntando a la Gran Nube de Magallanes, la galaxia satélite de nuestra Vía Láctea, estuvo buscando durante cinco noches consecutivas.

El haz de una linterna se desliza sobre un vidrio irregular. El vidrio son los cúmulos masivos de galaxias, y la linterna es la luz antigua nacida poco después del Big Bang. Al pasar cerca de estos cúmulos, la luz no solo los rodea como el agua rodea una piedra.

Fotografiar los alrededores de un agujero negro es como grabar una fuente: una exposición corta congela las gotas, una larga las funde en rayas borrosas. La luz del gas incandescente que gira alrededor del agujero viaja hasta nosotros por caminos diferentes. Algunos rayos lo rodean en un arco, otros dan varias vueltas debido a la curvatura del espacio.

La luz de un planeta lejano, descompuesta en colores, de repente da un salto brusco en el límite entre el rojo y el infrarrojo invisible, como si alguien accionara un interruptor.

Un carrusel de luz no hace girar a personas, sino a electrones. En lugar de caballitos de madera, hay aspas invisibles hechas de luz. Ese es el «carrusel» que han construido los físicos para dar rotación a los electrones. Normalmente, para enrollar un haz de electrones en un vórtice se necesita una máscara diminuta: una plantilla con ranuras tallada a escala atómica.

Una enorme nube oscura de gas se extendía por el universo joven. En su interior, como dedos invisibles, se entrelazan las líneas de campo magnético que quedaron del mismo nacimiento del mundo. Estos campos actúan sobre las partículas cargadas, empujándolas unas hacia otras, como un viento suave que amontona las hojas caídas.

Imagina una moneda diminuta escondida en una caja fuerte perfecta, pero cuyas paredes son tan delgadas que la moneda a veces las atraviesa, dejando un sonido apenas perceptible. Los axiones son como esas monedas, solo que en lugar de metal son partículas, y en lugar de una caja fuerte, la materia ordinaria.

Un cuásar lejano se nos presenta como cuatro puntitos de luz dispuestos en cruz. Así lo deforma la gravedad de una galaxia que se interpone en nuestra línea de visión: actúa como un vidrio imperfecto y multiplica la imagen. Cada puntito es el mismo objeto, pero su luz nos llega por caminos diferentes.

La luz nacida en el momento del Big Bang tardó casi 14 mil millones de años en llegar hasta nosotros. Pero en su camino atravesó los campos gravitacionales de galaxias y cúmulos de materia oscura, que curvaron sus rayos. Para un observador, esto se ve como una imagen estirada y borrosa, como a través de un vidrio viejo de ventana.

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.

La luz de galaxias lejanas atraviesa acumulaciones de materia, y la gravedad de estas acumulaciones desvía ligeramente su trayectoria, como una lente. Por cuánto se distorsionan las imágenes de las galaxias lejanas, se puede inferir la distribución de la materia y cómo la gravedad afecta a la luz.

Cuando la luz incide sobre una placa transparente, parte se refleja en su superficie. Para los astrónomos, eso es perder fotones preciosos de estrellas lejanas. Las nuevas microlentes, impresas en 3D con resina IPX Clear, dejan pasar la luz visible y el infrarrojo cercano, pero en el límite con el aire pierden alrededor del 8%. La solución la sugirió la naturaleza.

Un cúmulo de galaxias, con su gravedad, curva el espacio-tiempo, funcionando como una lente gigantesca: enfoca y amplifica la luz de objetos distantes, tal como lo predijo Einstein. Estas lentes son escasas, pero permiten ver lo que está oculto en los confines del universo.

La fusión de dos estrellas de neutrones es como el golpe de un gong: un estremecimiento del espacio se expande por el universo, una onda gravitacional. Los detectores en la Tierra captan ese estremecimiento y, según su fuerza, calculan la distancia hasta la fuente.

La luz de galaxias galaxias lejanas, al atravesar cúmulos de materia, se distorsiona, como el fondo de una piscina se fragmenta con las ondas del agua. Los astrónomos miden estas curvaturas apenas perceptibles de la forma y obtienen un mapa de las «ondulaciones» gravitacionales.

El planeta solitario KMT-2024-BLG-0816, uno de tantos planetas que flotan libremente, fue descubierto cuando su gravedad actuó como una lupa durante varias horas. Al pasar frente a una estrella lejana, el cuerpo invisible curvó el espacio, como una canica de vidrio, y amplificó la luz del fondo.

Los científicos han descrito un nuevo tipo de estrella invisible que se comporta como una lente que respira. Tal estrella está compuesta de partículas bosónicas ultraligeras (aún no descubiertas). Su atracción provoca una curvatura del espacio-tiempo, que es justamente la lente, la cual se expande y contrae rítmicamente, como si respirara.

La materia oscura es el fundamento invisible del Universo. Vera Rubin demostró su existencia por el movimiento de las estrellas, pero las partículas aún no han sido atrapadas.

Astrónomos encontraron en el Universo un objeto invisible que pesa apenas un millón de soles — para el cosmos es una nimiedad, cien veces más ligero que todo lo que se había podido 'pesar' a tales distancias. El objeto no brilla, pero se delató al curvar la luz de una galaxia aún más lejana.