rayos X duros

En el sótano del laboratorio zumba un imán de 8 teslas. Dentro, como una campana en un campanario, cuelga un cilindro hueco de cobre afinado a una única nota. Si un axión, partícula de materia oscura, pasara cerca, el cilindro respondería con un débil tañido.

El telescopio de rayos X XMM-Newton observó la galaxia Mrk 1044 durante dos horas seguidas. En su interior hay un agujero negro alrededor del cual gira gas sobrecalentado. Ese gas brilla en rayos X y su luminosidad parpadea: a veces más brillante, a veces más tenue.

En el interior del Sol tienen lugar reacciones que podrían generar partículas ligeras y casi indetectables: los axiones. Una de estas reacciones produce axiones con una energía de 5,49 MeV, como si cada uno llevara la energía del impacto de una pelota de tenis que viaja a 100 km/h.

Un agujero negro en pareja con una estrella funciona como una bomba: atrae el gas de la compañera, lo hace girar en un disco brillante y de vez en cuando expulsa parte de la materia en dos chorros estrechos. En 2021, el sistema 4U 1543-475 ofreció ese espectáculo.

Un «calibrador» cósmico pronto medirá una estrella de neutrones con una precisión de cien metros. Para un objeto de un par de decenas de kilómetros de diámetro, es como medir el grosor de un cabello humano desde un kilómetro de distancia. Una estrella de neutrones es el remanente de una supernova que explotó.

A 123 pársecs de la Tierra, en la constelación de la Corona Austral, navega la estrella de neutrones RX J1856.5-3754. Su diámetro es de unos 12 kilómetros, menor que una carretera de circunvalación urbana, pero la temperatura de su superficie alcanza los 460 000 kelvin. La estrella emite una exhalación lenta, casi inaudible.

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.

Las erupciones solares son potentes explosiones en el Sol, capaces de inutilizar satélites y dejar sin electricidad a ciudades. Su predicción se complica por el entrelazamiento de los campos magnéticos en las manchas solares.

Un potente reflector parpadea y se apaga. La luz se refleja en las nubes circundantes, y por el retraso de la señal reflejada se puede saber a qué distancia están las nubes. Así, aproximadamente, estudian los astrónomos la corona caliente: una nube de plasma incandescente sobre el agujero negro en el centro de una galaxia activa.

En la galaxia NGC 3583, los telescopios detectaron una extraña fuente de rayos X: a veces destella y otras casi se apaga. Al descomponer su luz en espectros (un arcoíris de energías), los astrónomos encontraron en él una estrecha caída oscura, como una única nota arrancada de un acorde.

La historia comenzó con un desconcierto: en los años 30, Fritz Zwicky notó que los cúmulos de galaxias se comportaban como si ocultaran una enorme masa invisible.

La luz, al pasar cerca de un agujero negro, cae en una trampa gravitacional: su trayectoria se curva, y la partícula rebota en una órbita casi cerrada, como una bola de pinball.

El faro a veces brilla con intensidad y a veces casi se apaga, aunque la lámpara interior arde de manera constante. Esa es la imagen que vieron los astrónomos al dirigir sus telescopios hacia la galaxia I Zwicky 1.

Un gigantesco caldero casi siempre está a punto de apagarse, pero a veces lanza chorros de chispas. Así se comporta el agujero negro supermasivo en el centro de nuestra galaxia: el objeto Sagitario A*. Tiene una masa cuatro millones de veces mayor que la del Sol y se encuentra a 26 mil años luz de nosotros.

La materia oscura aún escapa a la observación directa, aunque su gravedad mantiene unidas a las galaxias. Una hipótesis: está compuesta de axiones, partículas muy ligeras predichas por la teoría.

Si se reduce un agujero negro ordinario al tamaño de un grano de arena, brillará como una pequeña estrella y desaparecerá rápidamente en un destello. Esta es la predicción de Stephen Hawking: el horizonte de sucesos funciona como una superficie caliente que emite partículas.

Un haz de rayos X es un flujo de diminutas porciones de energía, los fotones. Los detectores comunes los cuentan, pero no distinguen matices: dos fotones con energía similar son iguales para ellos. El nuevo instrumento funciona como un termómetro sensible: atrapa cada fotón y mide cuánto calentó una película delgada.

El agujero negro GRS 1915+105 normalmente se esconde tras un denso telón de gas: su emisión de rayos X se ve fuertemente absorbida en el camino hacia nosotros. Pero en abril de 2023 estalló de repente: el flujo de rayos X aumentó casi diez veces.

Un flash fotográfico normal se congela en centésimas de segundo, pero para los átomos eso es una eternidad. Dentro de las moléculas, los electrones saltan en attosegundos: milmillonésimas de milmillonésima de segundo. Para capturar algo así se necesita un pulso de luz más corto que el propio evento.

En el borde de la galaxia M83, también llamada Molinete Austral, cuelga en el vacío un río de estrellas viejas. Se extiende a lo largo de 81 kiloparsecs, unos 264 000 años luz, dos veces y media el diámetro de nuestra Vía Láctea.

El cielo nocturno parece inmóvil, pero a veces una de las estrellas empieza a brillar con más intensidad. Eso ocurrió con el sistema AT 2019wey: lo detectó el telescopio TESS, que normalmente busca planetas alrededor de otras estrellas, pero en esta ocasión estaba fotografiando la zona adecuada del cielo cada media hora.

La luz ordinaria es como una multitud en una plaza: cada fotón se mueve por su cuenta, chocando y dispersándose. Pero en algunos medios, los fotones, como una jauría de perros, comienzan a correr juntos: se agrupan. Los científicos han creado un láser de fibra aleatoria donde las partículas de luz se reúnen en bandadas especialmente densas.

Una película fina como una telaraña, hecha de cinco metales, recibió el impacto del láser. En su interior, la presión saltó hasta 55 gigapascales, como si cien elefantes se pusieran sobre una uña. La aleación resistió y, durante una fracción de nanosegundo, se comprimió sin romperse.

Los rayos cósmicos no son luz, sino partículas cargadas que bombardean la Tierra desde todas direcciones. La mayoría son protones (núcleos de hidrógeno), pero también hay núcleos más pesados: de helio, nitrógeno, hierro.

El agujero negro GS 1354-64, en la constelación de la Mosca, despertó en 2025 y comenzó a atraer vorazmente material de su estrella compañera. El telescopio de rayos X IXPE, en órbita, lo sorprendió en un momento poco común: el estallido ya había amainado, pero el sistema aún no se había calmado.

Cuando en la superficie de una estrella de neutrones —el remanente superdenso de una estrella muerta— se acumula materia, ocurre una explosión similar a una bomba termonuclear gigante. En ese infierno, en segundos, nacen núcleos de elementos que no existen en la Tierra. Para saber cuáles, es necesario conocer sus masas con enorme precisión.

Una llamarada solar se parece a un cortocircuito en un letrero de neón gigante. Dentro del Sol, los campos magnéticos se retuercen formando espiras, como bandas de goma, y cuando se reconectan, la energía se derrama hacia el espacio.

En la oscura cámara del detector, el argón espera. Cuando una partícula invisible lo atraviesa —por ejemplo, una candidata a materia oscura—, empuja ligeramente el núcleo de un átomo de argón. El núcleo se desprende de su lugar y a su alrededor se generan cargas. Cuántas cargas exactamente no es una pregunta trivial: por su número, los físicos deducen qué visitante ha pasado.

El nitruro de boro hexagonal es un cristal delgado, pariente del grafito, pero transparente y dieléctrico. En su red cristalina a veces aparecen defectos puntuales: falta un átomo de boro o de nitrógeno, y en su lugar se forma una trampa para electrones. Esa trampa puede absorber luz y reemitirla, como una diminuta linterna.

Un láser de electrones libres convencional se parece a un instrumento musical con una sola cuerda: solo puede tocar una nota hasta que se modifica su construcción. Para obtener otra longitud de onda, hay que reajustar los imanes o acelerar los electrones con más fuerza. Eso es caro y voluminoso.

La corona solar, la atmósfera exterior del Sol, se extiende millones de kilómetros, pero solo puede verse durante un eclipse total o con instrumentos especiales. Normalmente, la densidad de la corona se deduce de cómo dispersa la luz blanca, pero este método se basa en simplificaciones que pueden distorsionar el resultado.

Una llamarada solar es como un trueno en un cielo despejado: una liberación de energía breve pero poderosa. El radiotelescopio MeerKAT, en Sudáfrica, captó una llamarada de clase M1.3 y la observó con una nitidez sin precedentes. Los instrumentos habituales ven o los detalles brillantes o los débiles, pero no ambos a la vez.

El 1 de octubre de 2024, ocurrió en el Sol una llamarada de clase X7.1, una de las más potentes. Dos naves espaciales, HXI y STIX, la observaron desde ángulos distintos, como dos ojos, y junto con un modelo informático permitieron reconstruir la escena en tres dimensiones.

Una linterna brilla a través de la niebla y su luz cambia ligeramente de color. Por este cambio se puede deducir de qué está hecha la niebla. Así estudian los astrónomos el gas frío alrededor de las fuentes de rayos X: los átomos de hierro en ese gas absorben y reemiten rayos X a una energía estrictamente definida, como una huella dactilar.

Las estrellas de neutrones son restos superdensos de supernovas del tamaño de una ciudad. En los años 1930, Fritz Zwicky propuso su existencia, y más tarde Jocelyn Bell Burnell descubrió los púlsares, estrellas de neutrones que giran rápidamente.

En el sistema binario Cyg X-2, la estrella de neutrones atrae materia de una estrella compañera normal. El gas que cae se arremolina, se calienta a millones de grados y brilla intensamente en rayos X. Los astrónomos apuntaron dos telescopios espaciales, IXPE y NuSTAR, a este objeto y por primera vez midieron en detalle cómo está polarizada esa luz.

En una habitación oscura, dos linternas iluminan una misma pared. Normalmente, sus haces simplemente se superponen y la mancha se vuelve más brillante. Pero si las linternas emiten luz en paquetes especiales, los fotones, bajo ciertas condiciones pueden comportarse de otra manera.

Un telescopio de rayos X apunta a una galaxia vecina y ve un punto que ayer no estaba. Un mes después brilla cientos de veces más que el Sol, y al año siguiente se apaga de nuevo.

Los rayos cósmicos —partículas con una energía monstruosa— viajan en la oscuridad del espacio intergaláctico. En una colisión frontal, su fuerza puede comprimirse en un agujero negro del tamaño de un átomo.

Cada segundo, decenas de partículas del espacio atraviesan nuestro cuerpo. La mayoría son protones ligeros, pero también hay núcleos atómicos más pesados: carbono, oxígeno, hierro. Nacen en explosiones estelares y viajan hacia la Tierra durante millones de años.