estructura del halo de la Vía Láctea

Un millón de órbitas, la misma partitura. Nueve halos de materia oscura, nueve orquestas sin director. Todos los músicos tocan las mismas notas, pero en cada sala la música suena distinta: en unas, con armonía; en otras, con desfases. Así, las galaxias satélite que caen en el halo de su anfitrión siguen órbitas que dependen no solo de la masa, sino también de la forma del escenario invisible.

El carrusel gira: cuanto más lejos del centro te sientas, más rápido te lleva. Durante mucho tiempo se pensó lo mismo de las galaxias: las estrellas en las afueras deberían girar más lento que las cercanas al centro. Pero ya en los años 1970 se descubrió que en muchas galaxias espirales la velocidad de las estrellas apenas disminuye con la distancia al centro.

Una pista de baile donde giran las parejas. En el centro, un maestro de ceremonias invisible marca el ritmo. Es el agujero negro supermasivo en el corazón de la Vía Láctea, y las parejas son las estrellas cuyas órbitas los astrónomos siguen durante años. Pero, ¿y si el propio maestro estuviera envuelto en un abrigo de piel hecho de materia tenue?

Un enorme estadio lleno de gente vestida de negro. Estás afuera y tratas de entender qué ocurre dentro, aunque no ves a ninguna persona. Pero si dos personas chocan e intercambian camisetas brillantes, notarás un destello de color.

El radiotelescopio FAST, con su antena de quinientos metros, captó una señal en la longitud de onda de 21 centímetros, la forma en que brilla el hidrógeno frío. La señal provenía de una nube bautizada como Cloud-9. Flota en el espacio junto a la galaxia M94, pero no contiene ni una sola estrella.

En los primeros instantes después del Big Bang, el universo era una 'sopa' ardiente de partículas. A medida que se enfriaba, se producían transiciones de fase, como cuando el agua se convierte en hielo. En uno de esos momentos pudieron nacer los monopolos magnéticos de la materia oscura: diminutos grumos de campo con un solo polo magnético.

Un cúmulo globular —un denso enjambre de cientos de miles de estrellas— atraviesa la galaxia como una bala perfora el agua. En materia oscura ordinaria (esa masa invisible que mantiene unidas a las galaxias), debería perder velocidad rápidamente debido a la fricción dinámica.

En el centro de una galaxia se encuentra un agujero negro supermasivo, y a su alrededor se extiende una enorme nube difusa de materia oscura. No brilla, no calienta, pero con su gravedad curva el espacio y cambia las reglas del juego para todo lo que gira cerca.

Dos galaxias — nuestra Vía Láctea y su compañera, la Gran Nube de Magallanes — giran lentamente una alrededor de la otra. Su atracción gravitacional sacude las lejanas afueras de la Vía Láctea, como una piedra lanzada a un estanque hace ondular el agua.

En el centro de muchas galaxias se esconde un agujero negro envuelto en una nube invisible: el halo de materia oscura. No es una masa sin rostro: su densidad cambia del borde al centro, y el grado de esa "compacidad" se denomina compacidad.

Durante décadas, los astrofísicos construyeron una imagen ordenada: la galaxia, como un gigantesco carrusel, gira a un ritmo uniforme, y el agujero negro supermasivo situado en su centro hereda esa danza.

Las galaxias enanas que orbitan la Vía Láctea parecen haber sobrevivido a una tormenta gravitacional. Sus cuerpos estelares están estirados, dispersos en colas de marea y calentados desde su interior.

La materia oscura —el fundamento invisible de la arquitectura cósmica— constituye el 85% de toda la masa, pero se sustrae a la observación directa.

En el centro de la Vía Láctea, donde reina sin rival el agujero negro supermasivo Sagitario A* (cuya métrica fue obtenida por primera vez por Karl Schwarzschild), la estrella S4714 emprende un viaje vertiginoso.

En el punto de mira están las diminutas ciudades estelares: las galaxias enanas ultrafinas. Se parecen a enjambres dispersos de luciérnagas que giran en una vasta nube invisible. Esa nube es un halo de materia oscura ultraligera. Sus partículas son tan ligeras que no se comportan como bolas de billar, sino como ondas.

En el centro de una galaxia, la gravedad concentra la materia oscura formando una densa 'espina'. Esta espina oscura se asemeja a un embudo de partículas invisibles alrededor de un cuerpo masivo. Pero si tanto el centro como las partículas son agujeros negros primordiales, el panorama se rompe.

La paradoja de los agujeros negros ha atormentado a los físicos durante décadas. Si el agujero desaparece, ¿a dónde va su contenido? Los descubrimientos de Stephen Hawking y Jacob Bekenstein demostraron que para salvar las leyes de la naturaleza se requiere un movimiento no convencional.

Un agujero negro no es solo una mancha oscura en el cielo. Su sombra se proyecta sobre el fondo luminoso de la materia que cae y guarda la huella de la propia geometría del espacio. Si la gravedad está organizada de manera un poco diferente a lo que estamos acostumbrados a pensar, la sombra lo delatará.

A 460 años luz de nosotros, alrededor de la estrella HD 135344B, orbita un denso disco de gas y polvo. Se parece a un gigantesco disco de vinilo al que alguien ha roto: en el disco se abre una brecha, y a través de ella, como un puente delgado, se extiende un filamento de polvo.

El halo estelar de la Vía Láctea es un palimpsesto galáctico: un antiguo manuscrito donde bajo el texto visible se ocultan capas anteriores. Durante mucho tiempo se pensó que la estructura Gaia-Salchicha/Encelado (GSE) era la última entrada en este manuscrito, la huella de una sola fusión catastrófica.

La gravedad del agujero negro crea una curvatura del espacio, actuando como una lente: la luz de una galaxia lejana se desdobla, se alarga en arcos.

Una bombilla normal brilla más cuando se calienta, eso lo sabe cualquiera. Pero un agujero negro del tamaño de un núcleo atómico obedece otras leyes. Cuando se evapora, emitiendo partículas por efectos cuánticos en su mismo borde (el horizonte de sucesos), su brillo no aumenta con la temperatura, sino que disminuye.

En el corazón de nuestra ciudad estelar — Галактики — se esconde un supermasivo чёрная дыра, Sagitario A*. A su alrededor, en una danza vertiginosa, gira la estrella S2. Pero sus movimientos no solo revelan la atracción del agujero: en la danza hay un compañero invisible: la тёмная материя.

Una lupa concentra la luz del sol en un punto brillante. Si el cristal tiene un diminuto defecto, el punto de luz se distorsiona. Así funciona, más o menos, el lente gravitacional: una galaxia masiva curva los rayos de luz de una fuente más lejana, creando una imagen ampliada y a veces distorsionada.

Un reflector ilumina una sala oscura. Entre la lámpara y la pared flota una lente invisible, y el punto de luz se vuelve más brillante por un instante, se desplaza ligeramente. Esto es exactamente lo que el telescopio DECam, apuntando a la Gran Nube de Magallanes, la galaxia satélite de nuestra Vía Láctea, estuvo buscando durante cinco noches consecutivas.

Un remolino en un río arrastra todo lo que encuentra a su alrededor. Si añades al agua una gelatina invisible que se espesa junto al embudo y desaparece de repente en su borde, tendrás una idea aproximada de cómo es un agujero negro en el nuevo modelo matemático.

La galaxia es una autopista cósmica donde las estrellas, como coches, corren en círculos. Su velocidad depende de una «carga» invisible dentro de la órbita: cuanta más masa, más rápido van los vehículos de fuera.

El brazo de un río estelar rodea el centro de una galaxia lejana, como una cinta luminosa sobre una montura invisible. Esa montura es el halo oscuro: una enorme nube de materia oscura invisible que, con su atracción, mantiene unidas a las estrellas y al gas.

Alrededor de nuestra galaxia, como una corona invisible, se extiende una nube de gas tenue, calentada a millones de grados. Se llama halo galáctico. Ver este resplandor directamente es difícil: emite rayos X suaves que la atmósfera terrestre absorbe.

Una ciudad lejana vista a través de un cristal empañado: las luces brillantes se difuminan, los detalles se pierden. Así es como los astrónomos ven el gas con iones de magnesio (espectroscopía) en nuestra galaxia: las líneas espectrales más fuertes se saturan y no permiten saber cuánta materia hay realmente.

El halo de nuestra galaxia es una enorme nube difusa de estrellas viejas que envuelve el disco que conocemos. Guarda la historia de cómo la Vía Láctea creció al absorber galaxias enanas vecinas.

En las afueras de la Vía Láctea hay estrellas que se mueven contra la corriente general, como coches circulando en sentido contrario. Antes se pensaba que todas eran restos de una única galaxia enana que nuestra galaxia desgarró y absorbió. Pero una nueva investigación muestra que hubo varias de estas galaxias 'en sentido contrario'.

En el borde de nuestra galaxia, mucho más allá del familiar disco estelar, el telescopio Subaru ha vislumbrado algo inesperado: una nube estelar dispersa que se extiende por el cielo cubriendo un área de cien grados cuadrados.

Una cuerda de guitarra solo suena en ciertas notas, cuando se pisa en los trastes. Así es también el disco de gas y polvo alrededor de una estrella joven: está atravesado por ondas estacionarias, pero solo sobreviven las vibraciones selectas.

Las estrellas en las afueras de las galaxias giran inesperadamente rápido. Según Newton, cuanto más lejos del centro, más lento debería ser el movimiento, como en un baile circular donde los que están en el borde van más despacio.

Otras galaxias son solo instantáneas antiguas, mientras que a la Vía Láctea la observamos en directo.

En una nube oscura donde aún no brilla ninguna estrella, el gas comienza a contraerse hacia un centro común. Así nacen las estrellas más masivas de la Galaxia: aquellas que pesan decenas de veces más que el Sol. Los astrónomos apuntaron radiotelescopios hacia la nube SDC335.579-0.292 y vieron cómo las moléculas de gas se alinean en corrientes que caen hacia adentro.

En los cúmulos de galaxias, la invisible materia oscura actúa como un andamio que mantiene unidos los sistemas estelares. Su forma es revelada por un tenue resplandor: estrellas arrancadas de las galaxias por fuerzas de marea.

Una galaxia se parece a un tiovivo gigante: las estrellas y el gas giran alrededor del centro, y la velocidad de su movimiento delata cuánta materia hay en ese tiovivo. Si solo viéramos la materia luminosa, las partes exteriores girarían más lentamente de lo que muestran las observaciones.

A 65 millones de años luz de la Tierra, en la constelación de la Ballena, se refugian tres galaxias enanas galaxias: DF2, DF4 y DF9. Todas ellas han sido declaradas «galaxias sin materia oscura», una misteriosa sustancia invisible que normalmente mantiene unidas a las estrellas.