pulsaciones de magnetar en GRB

Un faro en el borde de la galaxia parpadea sin horario: a veces permanece en silencio durante años, y en un solo día emite cientos de destellos. Un faro así necesita un vigilante que no duerma ni se distraiga.

Una partícula con una energía de $$10^{18}$$ eV que impacta la atmósfera terrestre es como si una pelota de tenis que viaja a 200 km/h chocara contra una pared. De dónde provienen tales proyectiles es un debate que los astrofísicos han sostenido durante décadas.

Las ondas de radio de un púlsar lejano atraviesan el medio interestelar y, en su camino, se topan con estructuras magnéticas invisibles del tamaño de la distancia entre el Sol y la Tierra.

Es como un récord en una carrera de velocidad: para batirlo necesitas una carrera perfecta. Pero los púlsares sub-milisegundo púlsares tienen una carrera demasiado corta. El púlsar más rápido conocido, PSR J1748-2446ad, da 716 vueltas por segundo, más rápido que una batidora de cocina.

En el cristal laminar CrSBr, los momentos magnéticos de los átomos están alineados como notas en una partitura: dentro de cada capa apuntan en la misma dirección, y entre capas, en direcciones opuestas. Esta melodía antiferromagnética suena hasta 132 kelvin, y más allá, el movimiento térmico destruye el orden.

El escultor modela montañas con campos magnéticos y calor, pero la piedra se resiste. Una estrella de neutrones —remanente ultradenso de una explosión de supernova— en un sistema binario transfiere materia desde su estrella compañera.

Una avalancha en un montón de arena comienza con un solo grano. Nadie sabe exactamente dónde se desprenderá ni cuán grande será el deslizamiento. Pero si se vierte arena durante mucho tiempo, el montón alcanza por sí solo un estado en el que las avalanchas de todos los tamaños —desde pequeños desprendimientos hasta derrumbes gigantes— ocurren según la misma ley.

Un faro no parpadea de manera uniforme, sino con impulsos brillantes y cortos. La estrella de neutrones en el sistema 4U 1323-62 es un faro de este tipo en el rango de los rayos X. Atrae gas de su estrella vecina y, cuando se acumula suficiente materia en su superficie, se produce una explosión termonuclear: un destello de rayos X.

Un faro se enciende durante una fracción de segundo y se apaga de nuevo. Tales destellos en el rango de radio son captados por el telescopio MeerKAT en Sudáfrica. Durante el tiempo de observación, ha detectado 27 nuevas fuentes que nadie había visto antes.

El cielo nocturno parece uniforme, pero en realidad tiene grumos: enormes comunidades de galaxias que, como lentes, curvan la luz de objetos distantes. Cuando en algún lugar del universo ocurre una breve y potente ráfaga de radio, su camino hacia el telescopio terrestre puede pasar cerca de uno de estos grumos.

Imagina una lotería donde en lugar de dinero se sortean agujeros negros. Cada boleto es un punto aleatorio en el cielo, y el premio es una onda gravitacional de la fusión de dos gigantes. La probabilidad de ganar el premio mayor es ínfima, pero si tienes suerte, la onda se escuchará en todo el Universo.

Tras la explosión de una supernova, en el centro queda una bola densa del tamaño de una ciudad: una estrella de neutrones recién nacida. Está caliente, comprimida y tiembla como una campana después de un golpe. Esos temblores —las oscilaciones de la estrella— emiten ondas gravitacionales que los sensibles detectores en la Tierra podrían captar.

Los púlsares son estrellas de neutrones que giran rápidamente y emiten pulsos de radio como un faro. Pero algunos permanecen en silencio casi todo el tiempo, y solo de vez en cuando lanzan un pulso solitario. A estos objetos se les llama radiotransitorios rotantes (RRAT). Se descubrieron hace casi veinte años, pero siguen siendo un misterio.

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.

La radioastronomía comenzó con un ruido misterioso captado por la antena de Karl Jansky y con los pulsos rítmicos que Jocelyn Bell Burnell llamó, en su descubrimiento, «hombrecitos verdes».

89 milisegundos. Eso dura la avalancha de vórtices que acelera bruscamente la rotación del púlsar Vela — uno de los púlsares más famosos por sus glitches. Los púlsares son estrellas de neutrones que giran a gran velocidad, nacidas del colapso de supernovas.

En junio de 2024, el radiotelescopio CHIME registró desde la fuente FRB 20240114A más de 700 estallidos de radio por hora. Este repetidor hiperactivo libera en una hora casi toda la energía magnética de un magnetar común (estrella de neutrones con campo ultraintenso).

La materia oscura sigue siendo el fondo de bajo inaudible de la sinfonía cósmica: no emite luz, pero su atracción gravitacional da forma a las galaxias. Vera Rubin fue la primera en detectar este ritmo en los años 70, al observar la rotación de las estrellas.

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.

Dos esferas ultradensas, cada una del tamaño de una ciudad, giran en una danza. Su masa es menor que la solar, pero en su interior hay materia comprimida hasta límites inimaginables. Una esfera es una estrella de neutrones; la otra, una estrella extraña, compuesta enteramente de quarks (las partículas elementales que forman protones y neutrones).

Los estallidos rápidos de radio — pulsos de radio de milisegundos provenientes de lejanas galaxias — han sido un misterio durante mucho tiempo. Su energía colosal, comprimida en instantes, sugería cataclismos en estrellas de neutrones, posiblemente púlsares o magnetares.

Hace medio siglo, Fritz Zwicky notó que la materia visible en los cúmulos de galaxias era catastróficamente insuficiente para explicar la gravedad.

Como un carrusel: es más fácil hacer girar uno ligero que uno pesado. Algo similar ocurre con las estrellas de neutrones, los restos superdensos de estrellas que han explotado. Los astrónomos examinaron unas cincuenta sistemas binarias donde una estrella de neutrones orbita alrededor de otra y notaron que cuanto más masiva es la estrella, más largo es su período de rotación.

Dos estrellas de neutrones —restos ultradensos de estrellas masivas— se fusionan en una sola, y el espacio a su alrededor se estremece: nace una onda gravitacional, una ondulación en el propio tejido del espacio-tiempo. Casi al mismo tiempo, del lugar de la catástrofe surge un estrecho chorro de materia: el jet.

Las estrellas de neutrones, nacidas en el fuego de las supernovas, no dejan de sorprender incluso casi un siglo después de su predicción.

En algún lugar del cosmos, un faro de radio destella por una fracción de segundo y se apaga. Estas señales se denominan estallidos rápidos de radio. Provienen de otras galaxias y duran desde microsegundos hasta milisegundos. En ese instante, el estallido libera tanta energía como las explosiones más potentes en estrellas de neutrones de nuestra Vía Láctea.

En un mundo que tiende al caos, a veces nace un ritmo. La reacción química de Beloúsov-Zhabotinski ha fascinado durante décadas: en un tubo de ensayo, ondas de colores se propagan por sí solas, como un organismo vivo que respira materia.

Los núcleos activos de galaxias (AGN) son las principales centrales eléctricas cósmicas: su corona de rayos X arde millones de veces más caliente que las atmósferas estelares. Pero, ¿quién enciende la chispa?

El enigma de las ráfagas rápidas de radio (FRB) no es solo una cuestión de «¿qué explotó ahí?». Es un drama de transferencia de energía en condiciones extremas, donde el más mínimo tropiezo termina en colapso.

Una estrella masiva no se apaga simplemente: explota como supernova, dejando un remanente en expansión y una estrella de neutrones que gira frenéticamente: un púlsar. En esta tormenta cósmica nacen patrones asombrosos, y el sistema «Nimbo»-«Trueno» es su deslumbrante ejemplo.

En el cúmulo globular Terzan 5 se esconde el sistema binario IGR J17480-2446. Uno de sus miembros es una estrella de neutrones que se comporta de manera extraña. Gira a solo 11 hercios (11 revoluciones por segundo) y tras un estallido se enfría sospechosamente lento.

Un faro envía una señal a través de una tormenta de espejos propios: algo así es lo que hacen las ráfagas rápidas de radio cuando intentan abandonar los alrededores de un magnetar. Un magnetar es una estrella de neutrones con un campo magnético un cuatrillón de veces más intenso que el terrestre.

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.

Los blázares son haces prolongados de agujeros negros en los centros de las galaxias. Los estallidos de rayos gamma son destellos brevísimos de explosiones de supernovas o fusiones de estrellas de neutrones. Los primeros funcionan como un reflector eterno, los segundos como un flash fotográfico.

El Sol no es solo una fuente de luz, sino un laboratorio gigante donde nacen partículas fantasma. Cada segundo, miles de millones de neutrinos atraviesan tu cuerpo sin apenas notarlo. Pero dentro del Sol, estas partículas se comportan de otra manera: cambian de tipo sobre la marcha, como un actor que interpreta tres papeles en una misma obra.

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.

Un cable de teléfono muy retorcido se revienta y chispea. Así se comportan los campos magnéticos en el Sol: se retuercen, se rompen y se reconectan, alimentando las erupciones. Los astrónomos vieron este proceso directamente por primera vez. Un lazo estaba retorcido 540 grados — una vuelta completa y media más. Esto es tres veces más de lo que se creía posible.

Una estrella muerta con un campo magnético miles de millones de veces más intenso que el terrestre es un magnetar. Su corteza se agrieta y emite una potente ráfaga de rayos X hacia el espacio. Pero parte de esa luz no llega hasta nosotros en su forma habitual.

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.