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El cielo nocturno solo parece negro: con los telescopios se ven millones de galaxias, pero algunas son tan tenues que se funden con el fondo. Precisamente una de estas 'casi invisibles' fue capturada por casualidad por los astrónomos mientras observaban el cúmulo de Virgo con el telescopio de dos metros del Observatorio del Teide.

El cúmulo de galaxias RXC J0528.9−3927 se asemeja a una ciudad envuelta en niebla: en el centro brilla intensamente un halo de radio, y más allá, fuera de los límites habituales, los astrónomos han distinguido un resplandor apenas perceptible. Se extiende a lo largo de dos millones de años luz, tres veces más lejos que el propio halo.

La galaxia NGC 5584 es una enorme ciudad estelar donde unos barrios apenas se están construyendo y otros ya están marcados por gigantes ancianos. Para ver a unos y a otros, los astrónomos usaron dos «linternas» muy distintas.

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 onda gravitacional de la fusión de agujeros negros es como el tañido de una campana en la noche. Por la fuerza del sonido se puede saber lo lejos que está la fuente.

En una habitación oscura apenas se oye un susurro. Para distinguir las palabras, hay que acercarse mucho — o colocar muchos micrófonos sensibles.

Un café ruidoso. Intentas distinguir dos conversaciones en voz baja: una, en la mesa junto a la ventana (fusiones de agujeros negros); la otra, un susurro apenas perceptible desde el rincón más lejano (ecos del nacimiento del universo). Pero todo lo ahoga el zumbido de la máquina de café y el estruendo de la calle (las vibraciones de los detectores).

Capa tras capa, artefacto tras artefacto — el arqueólogo reconstruye la historia de un antiguo asentamiento. Así también los astrofísicos, analizando 259 registros de LIGO–Virgo–KAGRA, vieron una clara estructura estratificada entre los agujeros agujero negro fusionándose.

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.

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).

Un enorme cuenco de agua. Tira una piedra y verás círculos expandirse. Así funciona el tejido del espacio-tiempo: cuando dos estrellas masivas se fusionan, generan ondas: ondas gravitacionales. Estas ondas llegan a la Tierra y son captadas por gigantescos detectores como LIGO y Virgo.

En agosto de 2019, los detectores LIGO y Virgo registraron una onda gravitacional procedente de la fusión de dos objetos compactos en un sistema de estrella binaria. Uno de ellos pesaba 23 masas solares, un agujero negro común. El otro, sin embargo, tenía entre 2.5 y 2.67 M⊙.

Una peonza que da cien vueltas por segundo de repente empieza a perder velocidad bruscamente, mucho más rápido que cualquier peonza conocida. Así se comporta el púlsar J0435+3233. Es una estrella muerta, comprimida hasta el tamaño de una ciudad, pero girando a una velocidad vertiginosa.

Cuando dos agujeros negros se fusionan en la lejanía, nos llega un temblor del espacio: las ondas gravitacionales. Normalmente se describen con las ecuaciones de Einstein, pero ¿y si en las distancias más diminutas la gravedad funcionara de otra manera?

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.

El Universo suena, pero nuestro oído solo capta los graves. LIGO oye el rugido de las fusiones de agujeros negros: es el infrasonido del cosmos. Y más arriba, en los gigahercios, resuenan las flautas y violines de la gravedad primordial.

Los detectores de ondas gravitacionales son como micrófonos sensibles que escuchan el susurro de catástrofes lejanas. Pero de vez en cuando irrumpe un chasquido agudo —una interferencia breve llamada glitch—.

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.

Un rumor grave que viene de bajo tierra puede ser el ruido de una obra lejana, o el eco de un antiguo terremoto. Un enigma similar se plantó ante los astrónomos cuando en 2023 captaron ondas gravitacionales de frecuencia ultrabaja ondas gravitacionales — el temblor del propio espacio-tiempo que recorre el universo.

El Universo reescribe su historia una y otra vez. Allí donde la astronomía convencional solo ve un punto —un agujero negro—, las ondas gravitacionales retiran finas capas del pasado, como de un antiguo palimpsesto.

En el océano del cosmos, cada tormenta de nacimiento o fusión de agujeros negros supermasivos genera ondulaciones — ondas gravitacionales que viajan a la velocidad de la luz. Durante miles de millones de años, estas ondas se superponen, fusionándose en un estruendo de baja frecuencia, como un oleaje lejano.

El universo habla el lenguaje de las ondas gravitacionales — vibraciones del propio espacio-tiempo. Cuando dos estrellas de neutrones, esos remanentes superdensos de supernovas que estallaron hace eones, se funden en una danza final, emiten un prolongado y creciente "chirrido".

El cosmos coloca sus propias lentes en el camino de las ondas gravitacionales. Cuando dos agujeros negros se fusionan, la ondulación resultante viaja a través del universo.

Los detectores LIGO y Virgo captan las ondulaciones del espacio-tiempo, pero algunas señales obligan a reescribir los guiones de la muerte estelar.

Un observatorio de ondas gravitacionales se parece a un micrófono distribuido en diferentes puntos de la Tierra. Cuando llega una señal del espacio —por ejemplo, de la fusión de agujeros negros o de la explosión de una supernova—, cada micrófono escucha algo ligeramente distinto.

Un zumbido recorre todo el universo. No es un sonido, sino un temblor del propio espacio: el fondo de ondas gravitacionales. Lo generan pares de agujeros negros supermasivos que giran uno alrededor del otro en los centros de galaxias lejanas. Cada pareja es como un instrumento grave en una orquesta inmensa.

En 2015, los detectores captaron por primera vez una onda gravitacional —un estremecimiento del espacio que llegó desde la fusión de agujeros negros. Desde entonces, estas señales se han convertido en una nueva ventana al universo para la astrofísica.

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 una galaxia lejana nos envía su luz, esta se atenúa con la distancia — y por esa atenuación podemos saber a qué distancia se encuentra. Más o menos así funcionan las ondas gravitacionales: cuanto más lejos está su fuente, más débil es el temblor del espacio que captan los detectores en la Tierra.

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.

En el centro de la Vía Láctea, como una muñeca rusa dentro de otra, se esconde un agujero negro supermasivo, y a su alrededor hay un enjambre de estrellas y una capa invisible de materia oscura. Esta capa, o "pico", en teoría debería ser muy densa justo en el horizonte.

Dos agujeros negros que se acercan antes del impacto recuerdan a patinadores en un giro en pareja: cada uno gira sobre su propio eje y juntos tejen una danza común. Ese sacacorchos compartido, el llamado espín efectivo, los astrónomos pueden medirlo gracias a las ondas gravitacionales que se expanden desde la pareja como círculos en el agua.

Las ondas gravitacionales son vibraciones del propio tejido del espacio-tiempo, similares a las oscilaciones de una gigantesca cuerda cósmica.

Una orquesta donde cada músico toca su parte y el director intenta captar un ritmo apenas audible, común a todos. Así más o menos buscan los astrónomos las ondas gravitacionales de pares de agujeros negros supermasivos (con masas de miles de millones de soles) que giran uno alrededor del otro en galaxias lejanas.

El 14 de mayo de 2019, los detectores LIGO registraron una explosión gravitacional que no encajaba en los moldes habituales. El evento GW190521 se presentó como la colisión de dos agujeros negros de 85 y 66 masas solares. El agujero resultante, de 142 masas solares, cayó justo en el rango «prohibido» —allí donde los colapsos estelares apenas dejan rastro.

Una estrella de neutrones es el remanente superdenso de una explosión de supernova, donde una cucharadita de materia pesa mil millones de toneladas. Muchas de ellas, como descubrió en 1967 Jocelyn Bell Burnell, se convierten en púlsares — faros cósmicos que emiten pulsos regulares en el rango de radio.

Fue Edwin Hubble quien descubrió que las galaxias se alejan, y Georges Lemaître lo relacionó con la expansión del espacio. Hoy, el modelo ΛCDM, basado en la energía oscura y la materia oscura, afirma que el Universo es plano como un lienzo perfectamente tensado.

Los detectores LIGO, Virgo y KAGRA funcionan como micrófonos gigantes, escuchando las ondas gravitacionales, las vibraciones del propio espacio. El nuevo catálogo GWTC-5.0 ha registrado 161 fusiones de agujeros negros, elevando la cuenta total a 390 eventos.

Imagina un globo inflable gigante con galaxias dibujadas: al inflarse, el dibujo se estira y los puntos vecinos se alejan entre sí. La velocidad de ese estiramiento es la constante de Hubble. Normalmente, los astrónomos captan la luz de estrellas lejanas y observan cuánto se ha enrojecido debido a la expansión del espacio.

Las ondas gravitacionales son temblores en el propio espacio, nacidos de la colisión de agujeros negros u otros cuerpos masivos. Su mayor rareza no es que nos atraviesen, sino que cambian para siempre la curvatura del espacio-tiempo y las distancias entre todo lo que tocan.