fuentes de neutrinos

El bosque nocturno está lleno de luciérnagas, pero antes solo veíamos las que por casualidad se cruzaban con el haz de nuestra linterna. Así ocurría con las fuentes ultraluminosas de rayos X: puntos en otras galaxias que brillan en rayos X más de lo que podría emitir de forma estable un agujero negro de masa estelar.

Cuando un rayo láser incide en un gas, arranca electrones de los átomos y los acelera hasta casi la velocidad de la luz. Estos electrones, al atravesar el plasma, emiten rayos X, como una estela luminosa dejada por una partícula veloz.

Cuando una estrella muchas veces más pesada que el Sol muere, se contrae y explota como supernova. No es solo un destello de luz: todo el proceso, desde el colapso del núcleo hasta la dispersión de la envoltura, genera una vibración del propio espacio. Estas ondas se denominan gravitacionales.

En los centros de muchas galaxias se ocultan enormes agujeros negros. Los rodea una densa nube de plasma ardiente que emite un brillo intenso de rayos X.

Una bola de billar choca contra otra en la más absoluta oscuridad. El sonido del impacto y el golpe de las bolas al caer en la tronera es todo lo que se oye. Así, más o menos, estudian los físicos las interacciones entre partículas elementales a energías que ningún acelerador terrestre puede reproducir.

Erwin Schrödinger reflexionó sobre cómo la vida mantiene el orden a pesar de la segunda ley de la termodinámica. Ni siquiera podía imaginar que parte de la respuesta se oculta en la inestabilidad de las estrellas gigantes.

La colisión de dos estrellas de neutrones es una fragua cósmica donde, en cuestión de segundos, se forjan los elementos más pesados de la tabla periódica. En 2017, los detectores captaron ondas gravitacionales de una fusión de este tipo, y los telescopios vieron un destello: una kilonova.

En el interior de una estrella de neutrones, el remanente de una estrella que explotó, la materia está tan comprimida que una cucharadita pesa miles de millones de toneladas. Entre esta materia superdensa, quizás actúe un tipo especial de fuerza, una que solo afecta a los neutrinos muónicos y tauónicos.

En abril de 2021, en una galaxia a 35 megapársecs de distancia, estalló la supernova SN 2021foa.

Diminutas balas invisibles atraviesan el Sol de lado a lado, casi sin notar su materia. Son los axiones: partículas hipotéticas tan ligeras y escurridizas que se comparan con fantasmas.

Una bola esponjosa de telaraña invisible envuelve a un agujero negro. Esa telaraña es la materia oscura, que no brilla pero con su peso gobierna el movimiento de las estrellas en las afueras de las galaxias.

Un intérprete que, a mitad de camino por la sala, de repente empieza a transmitir el mensaje al revés. Algo así podría hacer un neutrino —esa partícula fantasma que apenas interactúa con la materia— si en su camino se encuentra con una nube de materia oscura ultraligera.

La corteza de una estrella de neutrones no es una simple capa sólida. Bajo un peso de miles de millones de toneladas por cada centímetro cuadrado, los átomos pierden electrones y los núcleos restantes se ordenan en una rígida red cristalina que recuerda a un panal, pero de materia un billón de veces más densa que el acero.

El intérprete se distrae con cada susurro en la sala, y la reunión de una hora se convierte en dos. Algo parecido les ocurre a los gluones, las partículas portadoras de la interacción fuerte dentro de los protones. Normalmente van de un lado a otro manteniendo unidos a los quarks.

En el centro de muchas galaxias se encuentra un agujero negro supermasivo. Cuando el gas cae sobre él, se calienta y brilla más que toda una galaxia: esto es un núcleo activo. A veces, de allí surge un verdadero huracán: una corriente de gas ionizado que se precipita a velocidades de decenas de porcentaje de la velocidad de la luz.

Imagina una moneda diminuta escondida en una caja fuerte perfecta, pero cuyas paredes son tan delgadas que la moneda a veces las atraviesa, dejando un sonido apenas perceptible. Los axiones son como esas monedas, solo que en lugar de metal son partículas, y en lugar de una caja fuerte, la materia ordinaria.

El radiotelescopio ASKAP, en Australia, ha vislumbrado en el cielo del hemisferio sur un anillo luminoso muy tenue, como una burbuja de jabón del tamaño de varias lunas. Dentro del anillo, justo en el centro, brilla un pequeño punto. Normalmente, esta imagen significa una cosa: hace tiempo, una estrella explotó aquí, dejando una capa en expansión y, en el medio, un núcleo colapsado.

Una estrella de neutrones es el resto de una estrella que explotó, comprimido hasta el tamaño de una ciudad. En su superficie a veces estalla un incendio termonuclear: el gas acumulado explota como una bomba de hidrógeno gigante. Tras la llamarada queda ceniza: una mezcla de elementos pesados que asciende a la superficie y forma una atmósfera caliente.

En lo profundo de los Apeninos, en un tanque con tres toneladas de xenón líquido, algo tiembla imperceptiblemente cada pocos días.

Los rayos gamma con energías superiores a cien billones de electronvoltios son como piedras lanzadas con una fuerza increíble. Durante mucho tiempo se creyó que solo los protones —partículas pesadas aceleradas en aceleradores cósmicos— podían lanzar esas "piedras". Pero un nuevo trabajo muestra que a veces bastan los ligeros electrones.

Un gigantesco embudo en el espacio aspira gas del entorno. Parte de ese gas no cae hacia el interior, sino que es expulsado de vuelta, como salpicaduras de agua hirviendo.

El nitruro de boro hexagonal es un cristal delgado, pariente del grafito, pero transparente y dieléctrico. En su red cristalina a veces aparecen defectos puntuales: falta un átomo de boro o de nitrógeno, y en su lugar se forma una trampa para electrones. Esa trampa puede absorber luz y reemitirla, como una diminuta linterna.

El cielo nocturno está lleno de faros, pero algunos brillan de tal manera que casi no se ven. Los astrónomos han descubierto una nueva clase de objetos: las fuentes de rayos X hiperblandas. Son tan «frías» para los estándares de los rayos X que su emisión cae en la frontera entre el ultravioleta y los rayos X blandos, donde los telescopios convencionales son casi ciegos.

El neutrón es la partícula que compone principalmente las estrellas de neutrones. Por sí solo es inestable: un neutrón libre vive unos quince minutos y luego se desintegra en un protón, un electrón y un antineutrino. Pero en dos tipos diferentes de experimentos, la vida media resulta distinta: en un haz de partículas, los neutrones viven un poco más que en una trampa.

Cuando en una estrella de neutrones se produce una explosión de rayos X, su atmósfera se calienta hasta millones de grados. La luz que captamos con los telescopios atraviesa esa densa capa de gas y, por el camino, se transforma notablemente. El espectro ya no es el de un horno perfecto: algunos colores se intensifican y otros se atenúan.

En el centro de la galaxia NGC 4278 hay un agujero negro que expulsa dos chorros de plasma, como un cañón gigante que dispara partículas al espacio. Estos chorros aceleran partículas hasta energías que ningún acelerador terrestre podría soñar.

Encender un miniatura sol es un viejo sueño de la humanidad. Generalmente, los científicos intentan confinar plasma incandescente (gas de partículas cargadas) a temperaturas de cientos de millones de grados.

Por el cielo nocturno viajan balas invisibles: los rayos cósmicos. Son núcleos atómicos acelerados hasta velocidades cercanas a la de la luz. Los campos magnéticos de la Galaxia desvían sus trayectorias, por lo que es difícil saber dónde nacen exactamente.

Un telescopio de rayos X apunta a una galaxia vecina y ve un punto que ayer no estaba. Un mes después brilla cientos de veces más que el Sol, y al año siguiente se apaga de nuevo.

La materia oscura es el andamio invisible del Universo. No emite luz, pero su gravedad evita que las galaxias se desintegren. Una nueva hipótesis sugiere que la materia oscura está compuesta de fotones oscuros, partículas fantasmales que normalmente son invisibles.

En la fragua del herrero, un chorro de aire aviva las brasas y las ondas de choque expulsan burbujas de gas incandescente. En los centros de las galaxias, un agujero negro supermasivo dirige el mismo proceso.

La materia visible es una gota en el mar del caldo cósmico. La base del Universo es la invisible materia oscura, cuya gravedad impide que las galaxias se dispersen. El mejor candidato para este papel son los neutrinos estériles, partículas fantasma conectadas con nosotros solo por un puente sutilísimo.

Los átomos ultrafríos pueden comportarse como un todo. Si en una nube así nace un нейтрино, normalmente se escapa sin ser notado.

Cuando una estrella masiva agota su combustible termonuclear, su núcleo colapsa y las capas externas son expulsadas al espacio a velocidades de miles de kilómetros por segundo. Así nace un resto de supernova: una nube en expansión de gas comprimido por ondas de choque que se extiende a lo largo de años luz.

Cada día, partículas con una energía colosal entran en la atmósfera terrestre, como cartas sin firma. Su origen ha sido un misterio durante mucho tiempo.