Tercera ley de Kepler

Una piedra lanzada describe un arco, pero un planeta alrededor del Sol traza una curva cerrada. ¿Por qué precisamente una elipse y no un círculo o una espiral? La respuesta la da la primera ley de Kepler, pero su demostración habitual requiere cálculos complejos. Este trabajo propone un camino más corto, a través de una simple razón de velocidades.

En la oscura cocina de la nube molecular de Tauro, a 450 años luz de nosotros, se preparan decenas de sistemas planetarios. Cada estrella joven es un chef, y su disco protoplanetario es la mesa cubierta de harina (polvo) y vapor (gas).

El 26 de septiembre de 2022, la sonda DART impactó a 6,6 km/s contra el asteroide Dimorfo. Un fuente de escombros se elevó al espacio. Rocas, polvo, granos de arena: todo se alzó en un destello silencioso. Dos años después, una simulación numérica de 20 millones de trayectorias reveló el destino de cada partícula.

El borde del reflector. Basta con apagar la luz cegadora de la estrella central y aparece un teatro de sombras. El coronógrafo del JWST, como un denso telón, ocultó la estrella TW Hydrae, y en el escenario de 120 unidades astronómicas de largo (cuatro veces la distancia a Neptuno) cobró vida su disco de acreción.

A 26 000 años luz de la Tierra, en el corazón de la Vía Láctea, la estrella S301 se precipita a través del espacio a 18 000 kilómetros por segundo. Rodea el agujero negro supermasivo Sgr A* en una órbita alargada. En el punto de máximo acercamiento, la estrella se encuentra a solo 280 radios gravitacionales, algo así como del Sol a Urano.

La estrella Tabby, un faro en el mar cósmico, desde 2015 desconcierta a los astrónomos. Su luz parpadeaba no al ritmo de planetas, sino como dispersa por una tormenta — caídas profundas, picos bruscos. Pero entre ese caos apareció una caída uniforme, casi perfecta. El ojo de la tormenta.

Cada 165 días, el planeta gigante se sumerge hacia su estrella, casi rozando su corona de fuego, y luego vuela hacia el vacío helado. Este es TIC 241249530 b — un exoplaneta con una excentricidad récord de 0,94.

Un diminuto satélite, como un nadador, corta las capas invisibles de gas en la envoltura hinchada de una gigante roja. Cada vuelta de su órbita excita una estela acústica —ondas de compresión que viajan a través del plasma. Según la ley de la gravitación universal, el satélite atrae al gas, y el gas al satélite, creando esta estela.

Entre los abrasadores exoplanetas que giran peligrosamente cerca de sus estrellas, se esconde un secreto de nacimiento. Hace casi tres décadas, Michel Mayor y Didier Queloz descubrieron el primer mundo de este tipo, y desde entonces los astrónomos se preguntan: ¿cómo es que un gigante gaseoso termina…

17 minutos: a ese ritmo late el corazón de AM Canum Venaticorum, marcando el compás de toda la clase de binarias ultracompactas. En estos sistemas, dos enanas blancas giran en una danza pre-mortem, encogiendo su órbita bajo el susurro aún inaudible de las ondas gravitacionales. Cada pareja es un metrónomo cósmico que marca un tempo único.

En el centro de la Vía Láctea, envuelto en polvo y fulgor, se esconde un agujero negro supermasivo: Sagitario A*. A su alrededor, como polillas alrededor de una llama, giran decenas de estrellas guía. Dos de ellas, S2 y S38, con órbitas excéntricas y períodos de pocos años, se han convertido en protagonistas de la verificación de las leyes fundamentales del cosmos.

Hace un cuarto de siglo, Michel Mayor y Didier Queloz descubrieron el primer Júpiter caliente y rompieron todos los cánones de formación planetaria. Un gigante gaseoso en una órbita de apenas días no podría haberse formado cerca de la estrella: allí hace demasiado calor y no hay material de construcción.

Hace dos mil años, en la constelación de Eridanus, brillaba un faro resplandeciente que quedó registrado en los catálogos de los astrónomos antiguos. Hiparco, en el año 129 a.C., lo anotó como estrella de primera magnitud; Ptolomeo confirmó su brillo en el Almagesto, y el sabio persa al-Sufi, en 964, todavía la veía entre las más brillantes.

El problema de los tres cuerpos es el eterno escollo de la mecánica celeste. Ya Poincaré a finales del siglo XIX se dio cuenta de que su caos no admite soluciones analíticas generales. En esta locura gravitatoria solo aparecen de vez en cuando islas de regularidad: las órbitas periódicas.

Los radiotransitorios de largo período (LPT) son una clase enigmática descubierta muy recientemente. Sus pulsos duran minutos u horas, y nadie entendía su naturaleza. ASKAP J1745-5051, captado por el telescopio australiano ASKAP, fue el primero en recibir una explicación completa.

A 158 años luz de nosotros, alrededor de la tenue estrella enana roja TOI-6894, se mueve pausadamente un planeta. Su año dura menos de dos días terrestres, pero él mismo es un mundo fresco con una temperatura de equilibrio de unos 420 K, ligeramente más caliente que una sauna.

Imagina a una persona en una foto antigua, de pie entre la multitud y girando sobre sí misma: adivinar su edad es casi imposible. Algo así hacen los astrónomos cuando determinan la edad y la masa de estrellas lejanas, y a menudo se equivocan.

En un superconductor, los electrones se agrupan en pares, como bailarines que se toman de las manos. Normalmente, la distancia entre ellos —el tamaño del par— depende de la rapidez con la que se mueven y de la fuerza de su unión. Pero a veces la pista de baile casi desaparece y no hay lugar para moverse.

El corazón no impulsa la sangre en un chorro uniforme, sino a golpes. Cada latido es una onda que corre por las arterias, como las ondas en una manguera tensa. Durante mucho tiempo se pensó que la tasa metabólica de los animales dependía solo de cómo se ramifican los vasos, como las tuberías de una casa.

Cada 1151 años, siete planetas del sistema solar —de Mercurio a Neptuno— se encuentran casi en los mismos puntos de sus órbitas. La dispersión de sus posiciones es menor de un grado, como si el mecanismo celeste se ajustara siempre de la misma manera.

El telescopio 'Kepler' observó durante años miles de estrellas y detectó planetas por las diminutas caídas en su luz cuando el planeta pasa frente a su estrella. Ese paso, o tránsito, permite medir el tamaño del planeta, pero no la forma de su trayectoria.

Una peonza pesada lanzada cerca de un agujero negro no sigue la curva que dibujan los libros de texto. Su propia rotación y su achatamiento —como el de una calabaza aplastada por los polos— hacen que la trayectoria zigzaguee. En este nuevo trabajo, ese camino zigzagueante se ha calculado con mayor precisión que nunca.

Una computadora normal, cuando busca una ley de la naturaleza a partir de datos, intenta adivinar una fórmula completa de una sola vez. Es como si un cocinero, sin conocer la receta, echara todos los ingredientes a la vez en la olla y esperara que saliera una sopa. La mayoría de las veces sale una papilla incomible: la fórmula es larga pero sin sentido, y con datos nuevos se equivoca.

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 el centro de una nube de polvo cósmico, los astrónomos descubrieron una estrella invisible. La envuelve un disco de gas en rotación. Este disco funciona como una balanza de resorte: la velocidad del gas a diferentes distancias del centro revela la masa del astro. El patrón es simple: cuanto más cerca del centro, más rápido se mueve.

Tres planetas gigantes lejanos orbitan tan cerca de sus estrellas que su año dura apenas unos pocos días terrestres. Estos mundos se llaman Júpiter calientes, y sus órbitas son un verdadero enigma: ¿cómo llegaron a estar tan pegados a la estrella si nacieron lejos, en las frías afueras del sistema?

Dos traductores escuchan la misma sinfonía. Uno solo percibe la nota fundamental: una melodía limpia y predecible. El otro capta los armónicos que tiñen cada nota.

Tres planetas en el sistema Kepler-51 han intrigado durante mucho tiempo a los astrónomos: por su tamaño se asemejan a Saturno, pero su densidad es menor que la del agua. Estos mundos 'superesponjosos', con masas no superiores a diez veces la terrestre, son como dientes de león cósmicos: masivos, pero casi ingrávidos.