dinamo magnético

Una orquesta sin director: cada músico se afina con el vecino y así nace una melodía bien compenetrada. En el mundo de los imanes microscópicos, el papel de esa orquesta lo desempeña una diminuta esfera de neodimio que flota sobre una película superconductora.

El intérprete se distrae con cada crujido en la sala, y una reunión de una hora se convierte en dos. Así ocurre con el giroscopio capacitivo: para percibir el desplazamiento nanométrico de la masa, necesita separaciones perfectamente calibradas entre las placas. Cuanto más pequeño es el sensor, más difícil resulta mantener esa precisión.

El Sol respira, y esa respiración tiene un ritmo magnético. Cada 27 días, la superficie visible de la estrella completa una rotación, y con ella también lo hace su campo magnético, como una cinta invisible que envuelve al astro.

En una fina película de cobalto y hierro depositada sobre un sustrato de silicio, se enrolla un diminuto vórtice magnético. No se dispersa, sino que se mantiene en su lugar, como una gota de aceite en una sartén caliente.

El viento solar es un flujo de partículas cargadas que se desprende constantemente de la superficie del Sol y llena todo el sistema solar. No se parece a una brisa uniforme: en su interior hay remolinos, ráfagas y zonas de calma. Los científicos llaman a esto turbulencia.

En la corona solar, de vez en cuando llueve, pero no agua, sino plasma. El gas sobrecalentado se enfría, se condensa en grumos y se precipita a lo largo de los bucles magnéticos, como gotas por canalones invisibles.

27 días en el ecuador, 32 en los polos. Cinco días de diferencia — y al año el ecuador se adelanta casi una semana. Una esfera de gas de 1,4 millones de kilómetros de diámetro gira como una peonza de múltiples capas: cada capa se mueve a su propia velocidad.

Una rama cae en un remolino. Gira y se rompe, pero a veces del centro sale una potente fuente de agua. Algo parecido ocurre cuando un agujero negro despedaza una estrella que pasa cerca, y a veces después de eso un deslumbrante chorro de plasma —un jet— se dispara al espacio.

El enigma del valle de los radios —una abrupta caída en el número de exoplanetas con un radio de ~1,8 radios terrestres— no deja en paz a los astrónomos.

En el interior de los planetas y estrellas, en los océanos rotantes de plasma, chocan flujos turbulentos, fuerzas de Coriolis y tensión magnética. La intriga principal es cómo la energía de este caos cristaliza en un armazón magnético estable, capaz de perdurar miles de millones de años.

En las enormes nubes de gas enrarecido que llenan el espacio entre las estrellas, algo bulle constantemente. Explosiones de supernovas, flujos que chocan: todo esto agita el plasma. Y en estas ondas, según se ha descubierto, se esconde un mecanismo que da origen a los campos magnéticos.

Durante casi cien años, la sismología fue la radiografía principal del planeta, palpando el interior a través de ondas elásticas. Pero los neutrinos — partículas fantasma, predichas por Wolfgang Pauli — ofrecen una mirada diferente.

Cuando los físicos hacen circular electrones por un canal ultrapuro de arseniuro de galio a temperaturas de helio, esperan ver un líquido dócil, casi ideal.

El cosmos está atravesado por campos magnéticos. Los tienen las galaxias, las estrellas e incluso los vacíos casi vacíos (enormes regiones vacías entre cúmulos de galaxias). Normalmente se cree que los campos se amplifican a partir de campos 'semilla' débiles gracias a la turbulencia, como una dinamo.

Los rayos cósmicos no viajan en línea recta. Las partículas cargadas, aceleradas a velocidades enormes, serpentean en el campo magnético de la Galaxia como motas de polvo en una corriente de viento. Por lo general, se considera que simplemente se dispersan a lo largo y a lo ancho de las líneas de campo.

El campo magnético de la Tierra es como un escudo invisible que nos protege de la radiación cósmica. Pero si observamos su patrón promedio a lo largo de mucho tiempo, notamos que este escudo no es perfectamente liso: tiene sus 'costuras' y 'parches'.

Justo después del Big Bang, el cosmos era un plasma caliente: una mezcla de partículas cargadas y luz. En ese medio, las corrientes eléctricas no podían fluir por sí solas: se necesitaba una «diferencia de potencial» que empujara a los electrones respecto a los fotones.

Una estrella masiva colapsa y nace un agujero negro, rodeado por un disco de plasma incandescente. Para que de este disco emerjan estrechos chorros —jets—, se necesita un campo magnético ordenado. Pero en el interior de la estrella está enredado.

El campo magnético en un plasma se asemeja a una película de jabón tensada: la presión interior la expande, mientras la tensión superficial la contrae, dándole forma. Aquí ocurre lo mismo: las fuerzas magnéticas de presión y tensión se equilibran mutuamente.

La copa de un árbol enorme se mece con el viento, pero las raíces y el tronco quedan ocultos bajo tierra. En el Sol, el papel de esas raíces invisibles lo desempeñan los campos magnéticos. Emergen de las profundidades, atraviesan toda la atmósfera y controlan el movimiento del gas incandescente: el plasma.

En la ardiente corona solar, donde la temperatura supera el millón de grados, flotan nubes frías y densas: las protuberancias solares solares. Permanecen suspendidas durante semanas, sin caer ni disolverse, como icebergs en un océano hirviendo. Cómo llegaron allí es una pregunta que ha atormentado a los astrónomos durante décadas.

Una célula que se prepara para dividirse primero marca su cintura. Bajo su membrana, en un gel fino de filamentos proteicos, comienza el movimiento. Los filamentos fluyen como un río lento y en el centro de la célula se forma un cinturón. Este cinturón se aprieta cada vez más hasta que la célula se estrangula en dos.

Cuando una estrella masiva explota como supernova, sus capas externas se dispersan por el espacio a miles de kilómetros por segundo. Se forma una onda de choque: una gigantesca muralla invisible que arrasa el gas y el polvo interestelar, como una excavadora.

Un torrente de gas incandescente se aleja de la estrella y, de repente, se detiene como si hubiera chocado contra una pared invisible. Esto es exactamente lo que vieron los investigadores al intentar reproducir una eyección estelar a escala de laboratorio.

Los campos magnéticos en la superficie del Sol se ven como manchas oscuras y fáculas brillantes. Pero nacen en lo profundo, donde las corrientes de gas incandescente funcionan como una gigantesca dinamo. La pregunta es si se puede predecir, a partir de las manchas en la superficie, lo que ocurrirá dentro de la estrella en unos años.

Dentro de la Tierra hay un núcleo sólido de hierro del tamaño de la Luna. Flota en metal líquido y se balancea ligeramente, como un hueso dentro de un melocotón si se agita la fruta. Estas oscilaciones se denominan modos de Slichter: el núcleo se desplaza a lo largo del eje del planeta o transversalmente. El movimiento es frenado por tres fuerzas a la vez.

El telescopio James Webb observa cada vez más exoplanetas — mundos en otras estrellas. Algunos de ellos son esferas rocosas al rojo vivo, siempre mostrando la misma cara a su estrella. Allí la roca se funde, formando océanos de lava líquida. ¿Cómo se mueve esa lava?

Cuando un panadero amasa la masa, por los granos de harina se puede saber de qué molino proviene. Lo mismo ocurre con la Tierra: la composición del hierro en sus profundidades guarda memoria de dónde nacieron los fragmentos que formaron el planeta.

En la mayoría de los materiales magnéticos, la pared de dominio —el límite entre regiones con diferente magnetización— se mueve bajo la acción de una corriente en una dirección determinada por el sentido de la corriente.

La corona del Sol se parece a un diente de león despeinado: brillantes pétalos en forma de bucles retienen el gas caliente cerca de la superficie, y entre ellos se escapan al espacio largos chorros tenues. Estos chorros, la lámina de corriente heliosférica, se extienden a través de todo el sistema solar.

La estrella GJ 504, casi gemela de nuestro Sol en edad, muestra una rotación inusualmente rápida: completa una vuelta en solo 3,4 días terrestres, mientras emite activamente en rayos X. En comparación, las estrellas típicas de la misma edad que el Sol giran mucho más lentamente, como si hubieran perdido su energía juvenil.

Si lanzas una piedra a un estanque, se forman círculos en el agua. En un diminuto cristal magnético también hay ondas, solo que no oscila el agua, sino la dirección de la magnetización. Estas ondas se llaman ondas de espín. Se propagan por el cristal como ondulaciones en la superficie y pueden transportar información.

En el Sol ocurren explosiones de vez en cuando que lanzan al espacio enormes nubes de partículas cargadas. Esa nube viaja hacia la Tierra y puede dejar fuera de servicio satélites, interrumpir las comunicaciones por radio e incluso dejar ciudades sin electricidad.

El Sol no es una esfera tranquila, sino un caldero hirviente que vive según sus propios ritmos. Aproximadamente cada 11 años su actividad alcanza un pico: aparecen más manchas oscuras en la superficie y flujos de partículas cargadas salen disparados al espacio. Pero dentro de este gran ciclo se esconde uno más corto, de unos 1,7 años.

Una llamarada solar es como el estiramiento repentino de un resorte fuertemente enrollado. En la corona del Sol se acumula energía en un campo magnético curvado, y luego se libera bruscamente, acelerando partículas y calentando el plasma.

Una estrella joven está rodeada por un disco plano y giratorio de gas y polvo: es el andamiaje de los futuros planetas.

Alrededor de las estrellas jóvenes giran nubes planas de gas y polvo, de las que luego se forman los planetas. Para que la materia en un disco así se aglutine en grumos, debe mezclarse constantemente. Pero, ¿qué hace que el gas se mueva de forma caótica si por sí mismo está en calma?

En el interior de los planetas gigantes, como Júpiter y Saturno, el calor no siempre asciende libremente. Los elementos pesados, más abundantes en unas capas que en otras, impiden que el fluido caliente suba. Se produce entonces una semiconvección: una mezcla en la que el calor y la composición se propagan a distinta velocidad.

El Sol no rota como un sólido rígido: su ecuador da una vuelta más rápido que los polos. Esta diferencia de velocidad de rotación crea capas que se mueven a distinta velocidad, como las corrientes oceánicas a diferentes profundidades.