ondas gravitacionales de alta frecuencia

Una cuerda tensa suena más agudo si se estira con más fuerza. De manera similar se comporta la magnetización en un antiferromagneto: cuanto más intenso es el campo externo, más rápido oscila. Pero en el cristal de óxido de cromo algo no salió como se esperaba.

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.

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.

En algún lugar de las profundidades de la Vía Láctea, de vez en cuando estallan pulsos de radio: raros, pausados, como los golpes de un metrónomo lejano. Estos transitorios de radio de período largo se descubrieron hace muy poco y de inmediato dejaron perplejos a los astrónomos.

En el final de la vida de una estrella masiva, su núcleo colapsa en fracciones de segundo, dando origen a un destello de supernova. Este cataclismo sacude el propio espacio-tiempo: emite ondas gravitacionales, ondas que atraviesan el Universo.

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

Cuando una estrella muchas veces más pesada que el Sol muere, se contrae y explota como supernova. No es solo un destello de luz: todo el proceso, desde el colapso del núcleo hasta la dispersión de la envoltura, genera una vibración del propio espacio. Estas ondas se denominan gravitacionales.

Cuando dos agujeros negros se fusionan, ondas expansivas recorren el tejido del espacio-tiempo: las ondas gravitacionales. Pero, ¿y si en lugar de uno de ellos no hubiera un agujero negro común, sino algo distinto, un objeto compacto exótico?

La campana no suena por el golpe, sino por el estremecimiento fugaz del espacio. Una onda gravitacional, como una onda en un estanque, atraviesa un imán masivo y este se deforma ligeramente. Esa deformación se puede convertir en una señal eléctrica.

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.

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.

En los primeros instantes tras el Big Bang, había casi la misma cantidad de materia y antimateria. Pero algo rompió el equilibrio; de lo contrario, todo se habría aniquilado en radiación y el mundo habría quedado vacío. Uno de los candidatos a 'rompedor' son los neutrinos diestros superpesados.

El Universo es una inmensa orquesta que interpreta la partitura de la expansión. Las galaxias se alejan al compás de una música inaudible de energía oscura.

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.

Los púlsares son estrellas muertas que giran con un ritmo impecable. Sus destellos de radio son más precisos que relojes atómicos. Sin embargo, las ondas gravitacionales —ondulaciones del tejido del espacio-tiempo, predichas por Einstein— desajustan ese ritmo.

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

El Universo suena como una orquesta: sus notas son las ondas gravitacionales, ondulaciones del espacio-tiempo predichas por Albert Einstein. Los observatorios LIGO intentan captarlas, con la sensibilidad que les proporcionó Rainer Weiss.

La materia oscura es la gran invisible del cosmos. No emite, no absorbe, no refleja luz, pero su agarre gravitacional se siente en cada movimiento de las galaxias. Hace setenta años, Vera Rubin demostró que los bordes de las galaxias giran demasiado rápido, como si un pastor invisible las impulsara.

Cuando dos agujeros negros se fusionan, el agujero resultante 'suena' durante un tiempo, emitiendo ondas gravitacionales — como una campana que se apaga. Este repique es captado por detectores gigantes, creados por Rainer Weiss y Kip Thorne.

Un micrófono ultrapreciso intenta captar el susurro de una galaxia lejana. Pero el propio micrófono tiembla por el calor: sus átomos bailan como palomitas en una sartén. Los físicos llaman a este baile ruido térmico, y a menudo ahoga las señales débiles.

En 2015, los detectores LIGO captaron la primera ráfaga de ondas gravitacionales: los astrónomos escucharon cómo dos agujeros negros colisionaban en lo profundo del espacio.

En el centro de muchas galaxias se encuentra un agujero negro supermasivo. Cuando el gas cae sobre él, se calienta y brilla más que toda una galaxia: esto es un núcleo activo. A veces, de allí surge un verdadero huracán: una corriente de gas ionizado que se precipita a velocidades de decenas de porcentaje de la velocidad de la luz.

El radiotelescopio FAST, en China, es un plato gigante de medio kilómetro de diámetro, escondido en un embudo natural entre montañas.

Una estrella masiva, 40 veces más pesada que el Sol, muere en fracciones de segundo. Su núcleo se comprime como un resorte que se aprieta demasiado y luego se endereza de golpe: eso es una explosión de supernova.

Los agujeros negros no son abismos silenciosos, sino diapasones naturales. Su rápida rotación, predicha por Roger Penrose, hace cantar al propio espacio-tiempo, generando una corriente de las partículas más ligeras: los axiones.

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.

Antes se pensaba que solo las galaxias de forma elíptica podían producir enormes chorros de radioemisión —eyecciones de radio provenientes de agujeros negros supermasivos centrales. Un nuevo estudio demostró lo contrario: entre las galaxias espirales también se encontraron potentes fuentes de radio.

La luz se puede aprisionar entre dos espejos, como un muelle en un tornillo de banco. Rebota de un lado a otro y se vuelve cada vez más densa; así se obtienen haces ultrabright. Pero hay un límite: con un brillo demasiado alto, los espejos empiezan a temblar. La luz los balancea como el viento mece un columpio, y parte de la energía se va en esa vibración.

Ya el propio Einstein predijo las ondas gravitacionales: el temblor mismo del tejido del espacio-tiempo. Hoy las captan gigantescas instalaciones como LIGO, creadas gracias a Rainer Weiss y Kip Thorne.

En el cúmulo de galaxias de Coma, a unos 320 millones de años luz de nosotros, se extiende una nube invisible para el ojo. Brilla en el rango de radio: es un radiohalo, una gigantesca acumulación de partículas cargadas aceleradas casi a la velocidad de la luz.

Un radiotelescopio ha captado la señal de tres galaxias que existían cuando el universo tenía menos de mil millones de años. Su resplandor en radio es tan potente que en cada una habrían nacido mil soles por año en un corto periodo. Para comparar: nuestra Vía Láctea apenas forma un par de estrellas al año.

La radiación de rayos X procedente de las inmediaciones de un agujero negro no llega de inmediato. Parte de ella cae primero sobre el disco de gas incandescente, se refleja y solo entonces viaja hacia el telescopio. Ese retraso es como un eco en las montañas: primero se oye el sonido directo y luego la respuesta de la roca.

De noche, cuando la mayoría de la gente duerme, la enorme antena del radiotelescopio Green Bank, en Virginia Occidental, sigue escuchando el cielo. En 24 186 horas —casi tres años de observación ininterrumpida— ha captado 50 púlsares y tres ráfagas rápidas de radio.

Una cuerda de guitarra, al ser pulsada, vibra — y el aire a su alrededor transmite esa vibración al oído. El espacio-tiempo vibra de otra manera: cuando una onda gravitacional lo atraviesa, se estira y se comprime ligeramente.

Las ondas gravitacionales son ondulaciones del espacio-tiempo que estiran y comprimen todo a su paso de manera imperceptible. Pero la Luna, como una campana, capta estas ondas: al atravesarla, la onda gravitacional hace vibrar al satélite.

Durante doce años, los astrónomos del radiotelescopio LPA en Pushchino estuvieron a la escucha de la misma región del cielo: la dirección hacia la galaxia 3C 33. En todo ese tiempo, captaron solo seis breves señales de radio, cada una con una duración de entre uno y cuatro minutos.

Inmediatamente después de nacer, el Universo no solo se expandió, sino que se infló a una velocidad inimaginable. Esta etapa, llamada inflación, fue propuesta por Alan Guth. Los nuevos modelos comparan el proceso con inflar un globo a tirones. Si entre tirones el émbolo se detiene un instante, el globo se contrae y produce un fuerte chasquido.

El agujero negro del sistema binario Swift J1727.8-1613 parpadea en rayos X como una fogata al viento. Pero si uno observa con atención el ritmo de ese parpadeo, puede distinguir claras 'jorobas': picos en ciertas frecuencias, similares a los golpes de un tambor entre el ruido de la multitud.

Hace siete mil millones de años, un agujero negro en el centro de una galaxia generó un estallido de rayos gamma, la radiación más energética, de una potencia increíble. Su luz, tras atravesar distancias cósmicas, llegó a los telescopios MAGIC en diciembre de 2017.

Las breves y potentes interferencias de radio del espacio lejano han desconcertado a los científicos durante mucho tiempo. Se cree que su origen son los núcleos superdensos de estrellas muertas, donde los campos magnéticos son inimaginablemente intensos.