reverberación de la línea K-alfa del hierro

Cada cinco horas, en el sistema binario IPHAS J190812.63+045728.1 llega el momento en que una estrella oculta por completo a la otra. Durante 18 minutos, la enana blanca y su disco ardiente desaparecen de la vista, y en la oscuridad solo queda un modesto vecino rojo. Es un obturador natural que apaga el reflector para mostrar a quien suele esconderse en su resplandor.

Una pila de páginas que se ha hojeado muchas veces lo recuerda: algunas hojas quedan planas, otras se abarquillan y en ciertos lugares quedan dobleces. Algo similar les ocurre a los materiales laminares cuando los iones penetran en ellos.

La regla para medir el disco invisible no se aplica directamente sobre él, sino a través de todo el universo. La luz de un cuásar lejano, gas incandescente que gira alrededor de un agujero negro supermasivo, atraviesa en su camino hacia nosotros una galaxia que actúa como lente.

La galaxia Mrk 590 se comporta como un receptor de radio que a veces capta la onda y a veces se pierde en el ruido. Su agujero negro supermasivo ha ido encendiéndose y apagándose durante décadas, y los astrónomos han estado atentos a cada uno de esos "encendidos".

Un rayo láser impacta en un blanco delgado escondido entre capas de otro material. En milmillonésimas de segundo, la materia se comprime hasta una densidad de 25 gramos por centímetro cúbico, como si un trozo de plomo se volviera más de dos veces más pesado sin moverse de su sitio.

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.

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.

El objeto cósmico gira, pero su sombra no es redonda. Los astrofísicos examinaron un agujero negro en una versión inusual de la gravedad: el llamado mundo brana (donde nuestro Universo es una superficie tridimensional en un espacio de más dimensiones).

En una galaxia lejana, a unos 290 millones de años luz de nosotros, se esconde el objeto HLX-1. En el pasado brilló más que cientos de miles de millones de soles, pero ahora se ha calmado. De 2018 a 2022, los telescopios espaciales Hubble, Chandra y Swift siguieron su declive.

Mayo de 2022. El polarímetro espacial IXPE, el espectroscopio NuSTAR y el monitor NICER apuntaron sincrónicamente a un mismo punto del cielo: el agujero negro en el sistema Cygnus X-1, donde orbita alrededor de una evolución estelar en un estrella binaria cercano con un período de 5.6 días.

Un agujero negro es un lugar del que nada puede escapar. Pero algunas teorías sugieren que, en su interior, a nivel cuántico, podría rebotar y convertirse en su opuesto: un agujero blanco, que solo expulsa materia y luz. Un grupo de físicos construyó un modelo computacional de esa transformación.

El Universo se enfriaba como una bañera gigante después de un comienzo caliente. Unos 400 000 años después del Big Bang, el hidrógeno ya estaba listo para recombinarse — los protones atrapaban electrones para formar átomos neutros. Pero en algún lugar de esa agua oscura seguía goteando un grifo.

En el centro de la mayoría de las galaxias se esconden agujeros negros supermasivos, los amos de la gravedad. Desde 2019, gracias a la interferometría de línea de base muy larga, vemos sus sombras: siluetas oscuras sobre un fondo de gas brillante. Pero, ¿qué es exactamente lo que dibuja esa sombra?

En un sistema binario cercano, una estrella caliente, como un reflector, ilumina a su compañera más fría. Parte de la luz se dispersa en los electrones libres de su atmósfera —esto es dispersión Thomson— y adquiere polarización lineal.

Un agujero negro no es un vacío congelado, sino un motor magnético vivo. Su 'corazón' — el disco de acreción — palpita: inhalación — la materia se arremolina en un vórtice, exhalación — la reconexión magnética rompe las líneas de campo y el plasma sale disparado lejos del horizonte.

Un agujero negro clásico tiene temperatura y otras propiedades termodinámicas. Cuando los físicos comenzaron a tener en cuenta la variación de la constante cosmológica —la energía del espacio vacío—, en las ecuaciones apareció una extraña fusión.

En el plasma ardiente del Universo recién nacido, justo después de la expansión inflacionaria ideada por Alan Guth, reinaba la era de dominación cinética.

Un potente láser golpea un diamante como un martillo de forja, pero el yunque es la propia materia. El impacto dura un instante, pero genera una presión un millón de veces superior a la atmosférica. Los físicos han soñado durante mucho tiempo con asomarse a ese instante y ver cómo los átomos se reorganizan bajo la embestida.

En el universo temprano pudieron nacer diminutos agujeros negros: con masa de una montaña, pero del tamaño de un núcleo atómico. Hoy podrían servir como fábricas de materia oscura. Hay dos mecanismos: la evaporación habitual (radiación de Hawking) y la menos conocida superradiancia.

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.

Un gigantesco agujero negro desgarró una estrella, y de ella quedó un disco torcido de gas incandescente, como un disco de vinilo deformado por el calor. Ahora, un diminuto agujero negro (o una estrella) corretea alrededor y perfora regularmente ese disco. Cada pinchazo es un brillante destello de rayos X.

Alrededor de una hoguera invisible gira un gas brillante. La hoguera en sí está oculta, pero su silueta se adivina por el baile de las llamas. Así es como los astrónomos "ven" los agujeros negros: no el objeto en sí, sino la materia incandescente que, antes de caer al abismo, se acelera hasta velocidades enormes y emite luz.

Golpea una campana y sonará. Pero el sonido no será cualquiera: la campana elige las notas para las que está afinado su metal. Resulta que un agujero negro se comporta igual. Cuando algo cae en él o su espacio-tiempo se curva, empieza a oscilar.

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.

Una esponja arrojada a un cubo de agua absorbe con avidez la humedad y se hincha ante nuestros ojos. Pero si se sigue añadiendo agua y la esponja se comprime y se suelta alternativamente, la absorción se vuelve más difícil y dura más. Algo así se comportaban los diminutos agujeros negros en los albores del universo.

El telescopio de rayos X XRISM observó durante 170 000 segundos el núcleo de la galaxia Cygnus A, una de las fuentes de radio más potentes del cielo. En su centro se esconde un agujero negro supermasivo que engulle materia y la calienta hasta hacerla brillar en rayos X.

Cuando dos agujeros negros se fusionan, sacuden el propio tejido del espacio-tiempo. El nuevo gigante no se calma al instante: resuena como una campana cósmica, emitiendo el patrón característico de ondas gravitacionales amortiguadas, el llamado ringdown.

Las ondas gravitacionales son como ondas en el tejido del espacio, análogas a los círculos en el agua cuando se lanza una piedra. En la Tierra, el ruido del tráfico, las mareas y los terremotos las ahogan, como una tormenta que agita un lago impidiendo ver las ondas más débiles. El proyecto LILA traslada el detector a la Luna, donde reina un silencio sin viento.

Una linterna brilla a través de una niebla espesa. La luz se dispersa en las gotas de agua y la linterna se ve borrosa. Alrededor de un agujero negro ocurre algo parecido: un gas caliente, como una niebla, lo envuelve, y los rayos X de las partes internas del disco se abren paso a través de esa nube. Solo que aquí las «gotas» son electrones, y la «niebla» en sí se llama corona.

En el centro de un enorme embudo que lo succiona todo, una pequeña esfera cae en espiral. Mientras gira, se genera un zumbido grave: es el propio espacio el que tiembla, y a ese temblor lo llamamos ondas gravitacionales. Su frecuencia aumenta y el tono se eleva, igual que el sonido de una sirena al pasar.

El gas que cae hacia un agujero negro gira en espiral, como el agua en un remolino. En esa corriente, constantemente se crean y se rompen lazos magnéticos, similares a las erupciones solares, pero mucho más potentes. Cada lazo es un pequeño imán que vive su propia vida. Cuando hay muchos, empiezan a influirse mutuamente: sus polos norte y sur se atraen y se repelen.

Un agujero negro no es solo una esfera oscura en el espacio. Si cerca hay gas y polvo, estos se arremolinan formando un disco plano y luminoso que cae gradualmente hacia el interior. Ese disco, como una lámpara, ilumina al propio agujero, y sobre el fondo brillante se ve su sombra: una silueta oscura con bordes nítidos. Pero, ¿y si el disco no es plano, sino que está roto en pedazos?

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.

El análisis de fluorescencia de rayos X convencional funciona como un escriba meticuloso: para conocer la composición de un cuadro, recorre cada centímetro cuadrado y anota en su registro si hay plomo o cobre. Para una lámina plana es tolerable, pero para un objeto volumétrico es un suplicio.

En el centro de la Vía Láctea se encuentra el agujero negro supermasivo Sagitario A*. Es cuatro millones de veces más pesado que el Sol, pero, según los estándares cósmicos, se comporta con calma: solo estalla de vez en cuando cuando engulle una porción de gas.

En el centro de la galaxia PDS 456 brilla un cuásar: un agujero negro que devora gas y emite una luz más brillante que cientos de miles de millones de estrellas. El telescopio de rayos X XRISM ha examinado esa luz y ha visto en ella una empalizada de bandas oscuras, parecidas a la sombra de una cerca de estacas al atardecer.

En el centro de la lejana galaxia MCG-6-30-15 vive un agujero negro supermasivo. A su alrededor gira un disco de gas incandescente, y sobre el disco flota una nube de partículas aún más calientes: la corona. En febrero de 2024, tres telescopios de rayos X —XRISM, NuSTAR y XMM-Newton— observaron este sistema simultáneamente.

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.

El agujero negro en el sistema GX 339-4 durante la erupción de 2021 se comportó como una actriz que cambia de vestuario entre escenas. En el estado duro, se puso dos coronas a la vez: una caliente y tenue, y encima de ella, una templada y densa. En el estado blando, solo quedaba la corona caliente.