emisión de luz de estrellas de neutrones

Más allá de la órbita de Neptuno se extiende un océano de islotes helados que apenas ha cambiado en cuatro mil millones de años. Estos islotes, llamados objetos transneptunianos, guardan la receta del nacimiento de los planetas. Hasta hace poco, los astrónomos solo veían los más grandes; los pequeños, del tamaño de una ciudad, permanecían invisibles.

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.

Cada mañana, el barrendero amontona las hojas en un montón. El Sol, al atravesar la galaxia, hace algo parecido: su gravedad reúne el gas interestelar disperso en un cono invisible, un embudo gigante.

El púlsar PSR J1740+1000 es una estrella del tamaño de una ciudad que gira más rápido que una batidora de cocina. Tras la explosión de una supernova, quedó un núcleo denso que acelera partículas hasta velocidades cercanas a la de la luz.

Una peonza gira tan rápido que el aire a su alrededor comienza a moverse al unísono. Algo similar hace un agujero negro: si rota, puede transferir su energía a las partículas que se encuentren cerca. Este proceso se llama superradiancia — se parece a un eco en las montañas, pero en lugar de sonido, se crean nuevas partículas.

En el hielo antártico se esconde un detector del tamaño de un kilómetro cúbico. No capta luz, sino partículas fantasma: los neutrinos. Pero a veces puede aparecer una bestia muy distinta: un par de muones que nacen juntos y se dispersan en un amplio abanico. Ese patrón no puede dibujarlo ninguna partícula conocida de la materia ordinaria.

En 1976, los físicos predijeron que un electrón no solo puede pasar de largo junto al núcleo, sino que puede chocar contra él y transferirle energía, haciendo que el núcleo «se estremezca». El efecto se llamó NEEC — excitación nuclear por captura electrónica. Pero durante casi cincuenta años no se ha podido observar en un experimento.

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.

En las profundidades del hielo del Polo Sur, a casi dos kilómetros y medio de profundidad, funciona un telescopio poco común. No apunta al cielo, sino a través de la Tierra. Su objetivo son los neutrinos, partículas casi imposibles de detectar que atraviesan planetas y estrellas de lado a lado sin interactuar con nada.

En el universo temprano, cuando se enfriaba después del Big Bang, pudieron formarse defectos —como grietas en el hielo. Uno de esos defectos es el monopolo global, un diminuto cúmulo de campo donde la energía queda atrapada en un nudo.

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.

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 agonía de un agujero negro solitario dura una eternidad. Pero en los últimos instantes, cuando la masa se evapora según la ley descubierta por Stephen Hawking, alcanza a enviar una señal de despedida en forma de ondas de radio. No un susurro cuántico, sino un zumbido clásico, siempre que haya un campo magnético cerca.

La mano invisible de la materia oscura comprime las galaxias en un abrazo gravitatorio, pero su naturaleza ha eludido la comprensión durante casi un siglo.

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.

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.

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.

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.

Cuando una estrella masiva muere, su núcleo se contrae y se produce la explosión de una supernova. El cataclismo genera torrentes de partículas, como las ondas al lanzar una piedra. Primero llegan los neutrinos veloces, que atraviesan la Tierra casi sin interactuar. Luego, con horas de retraso, aparecen las partículas fantasma de carga minúscula.

La onda de choque emerge de la superficie de una estrella y, por un instante, nace un destello cegador de ultravioleta y rayos X. Ese mismo evento, bautizado como EP260321a, fue detectado por el telescopio espacial Einstein en marzo de 2026. La luz tardó unos 450 millones de años en llegar a la Tierra.

Una estrella masiva termina su vida con un colapso grandioso: el núcleo se comprime en una estrella de neutrones o un agujero negro, mientras las capas externas se dispersan en una deslumbrante supernova.

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

En lo profundo de la tierra, en Japón, se encuentra un enorme depósito de agua ultrapura. Espera a unos visitantes muy especiales: neutrinos que llegan de explosiones de estrellas lejanas. Estos visitantes son extremadamente raros: a lo largo de los años de observación, el detector Super-Kamiokande registra solo unos pocos eventos.

Un enorme depósito de agua ultrapura está escondido en las profundidades de Japón. Sus paredes están cubiertas de miles de lámparas sensibles a la luz que captan débiles destellos: las huellas de partículas fantasma que atraviesan la columna de agua. Este detector, Super-Kamiokande, ha estado observando el cielo durante mucho tiempo en busca del eco de neutrinos de antiguas explosiones estelares.

Las estrellas de neutrones son restos superdensos de estrellas, donde la materia está comprimida al límite descrito por Subrahmanyan Chandrasekhar. Los magnetares son una variedad con un campo magnético un cuatrillón de veces más fuerte que el terrestre.

En las profundidades del mar Mediterráneo, donde el agua presiona con la fuerza de cientos de atmósferas, una red de esferas sensibles a la luz esperaba a un visitante poco común. Y llegó: un neutrino que atravesó la Tierra con una energía comparable al impacto de un ladrillo en vuelo.

En el corazón mismo de la Vía Láctea algo brilla, pero no con luz estelar, sino con rayos gamma invisibles al ojo.

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.

Cada segundo nos atraviesan proyectiles invisibles provenientes de las profundidades del cosmos. Son los rayos cósmicos: núcleos atómicos acelerados a velocidades casi indistinguibles de la velocidad de la luz. Su energía supera en cientos de millones de veces la que pueden alcanzar nuestros aceleradores más potentes.

Un potente reflector ilumina una niebla espesa. El haz en sí no se ve, pero la niebla comienza a brillar débilmente, delatando la presencia del reflector.

En los primeros instantes tras el Big Bang, el cosmos se asemejaba a un estanque gigante que se enfría. Así como el agua, al congelarse, se cubre de una red de grietas, el universo en enfriamiento también pudo agrietarse, pero no con hielo, sino con hilos finísimos de energía pura. Estos hilos se denominan cuerdas cósmicas.

En una galaxia lejana, a una distancia que la luz tarda 11 mil millones de años en recorrer, algo brilló. El telescopio de rayos X Einstein Probe detectó un estallido breve, como un pinchazo de aguja: duró solo unas pocas decenas de segundos.

Tras el Big Bang, el Universo se llenó de gas frío, principalmente hidrógeno neutro y helio. Envolvió el cosmos como la niebla matutina, impenetrable para la luz. Así comenzó la Edad Oscura. Cuando se encendieron las primeras galaxias, su radiación, como un potente reflector, empezó a arrancar electrones de los átomos.

El estallido de rayos gamma GRB 221009A brilló con tal intensidad que fue apodado "el más brillante de todos los tiempos". El observatorio LHAASO detectó fotones gamma de este evento con energías de hasta 13 TeV, miles de veces mayores que las energías de las partículas en un equipo de rayos X.

El cielo nocturno está lleno de faros que parpadean con regularidad. Los púlsares son estrellas de neutrones que giran rápidamente, y sus pulsos de radio llegan con la precisión de un mecanismo de relojería. Pero hay otros faros: permanecen en silencio durante minutos u horas, y de repente emiten un pulso único — y vuelven a callarse.

Tras la muerte de una estrella masiva, se produce una explosión de supernova tan potente que un solo destello brilla más que toda una galaxia. En ese fuego nacen miles de millones de axiones, partículas invisibles que apenas dejan rastro. Cada segundo, billones de estas diminutas partículas atraviesan nuestro cuerpo sin que nos demos cuenta.

Los diminutos agujeros negros que surgieron justo después del nacimiento del universo deberían evaporarse, desprendiendo masa en forma de partículas invisibles. Esto fue predicho por Stephen Hawking, y esta «evaporación de Hawking» contribuyó a la expansión del joven cosmos.

Las estrellas masivas terminan su vida con una explosión colosal, que Fritz Zwicky llamó supernova. En ese momento, el núcleo se comprime en un agujero negro o una estrella de neutrones.