oscilaciones de estrellas de neutrones

Imagina una cuerda de guitarra sujeta entre dos puentes. Si la pulsas, se forma una onda estacionaria: algunos puntos de la cuerda vibran con amplitud, mientras que otros, los nodos, permanecen casi inmóviles. Algo parecido ocurre en la cromosfera, la capa de la atmósfera solar situada entre la fotosfera y la corona.

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.

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.

La superficie tranquila de un lago de repente se cubre de ondas: en algún lugar de la profundidad se ha derrumbado una roca submarina. El agua tiembla apenas perceptiblemente y los círculos se expanden cada vez más, hasta llegar al flotador de la orilla.

En un sistema estelar binario, una estrella arranca materia de su compañera. Durante siglos, esta materia se acumula en la superficie de la estrella de neutrones, un remanente superdenso de una estrella que ha muerto. Este proceso, conocido como acreción, suele desarrollarse de manera gradual.

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.

El primer instante de existencia del universo se asemeja a una cuerda tensa que recibe un golpe repentino. Vibró, y esas oscilaciones quedaron congeladas en forma de galaxias y vacíos. Pero los físicos sospechan que hubo otras vibraciones: rápidas, locales, casi como un redoble de tambor sobre una melodía lenta.

En las primeras fracciones de segundo después del Big Bang, el universo fue un escenario de cambios vertiginosos. Una lámina de goma estirada que se enfría rápidamente se cubre de microgrietas. Un proceso similar a escala cósmica pudo dar origen a las cuerdas cósmicas: hebras de energía finísimas pero superdensas que se extendían por todo el universo.

Los primeros instantes después del Big Bang: el espacio se expande rápidamente — los físicos llaman a este período inflación. Dentro de este tejido en expansión, como burbujas de jabón en una corriente de aire, comienzan a formarse regiones de nuevo vacío — ocurre una transición de fase de primer orden.

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 mayo de 2020, los detectores LIGO y Virgo registraron la onda gravitacional GW200105. Entre muchas ondas gravitacionales similares, esta se destacó por una rareza: la órbita de la estrella de neutrones y el agujero negro que chocaron no era un círculo perfecto, sino una elipse alargada.

Durante más de un siglo, los astrónomos se han devanado los sesos con el caprichoso comportamiento de las estrellas de tipo RR Lyrae: su brillo crece y decrece periódicamente con una amplitud impredecible, como un faro con un mecanismo estropeado. El efecto Blazhko, descubierto en 1907, desafió a los científicos durante décadas.

El universo temprano se parecía a una sala abarrotada donde partículas pesadas colisionaban y se desintegraban a un ritmo ensordecedor. Entre ellas podrían haber estado los leptoquarks escalares — partículas que se aferran simultáneamente a un quark (un ladrillo de la materia) y a un leptón (por ejemplo, un electrón).

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.

Cuando dos estrellas de neutrones —comprimidas al tamaño de una ciudad— se acercan en una danza final, el espacio-tiempo a su alrededor cobra vida, emitiendo ondas gravitacionales.

Dos piedrecitas caen al agua y los círculos en la superficie se cruzan, mezclando sus patrones. Algo parecido hacen los neutrinos: partículas ligeras que nos atraviesan por miles de millones cada segundo. Son capaces de transformarse de un tipo a otro, como un actor que cambia de máscara. A esta danza los físicos la llaman oscilaciones.

Un patinador sobre hielo pega los brazos al cuerpo y su giro se acelera de repente. Cuando una estrella masiva agota su combustible y su núcleo colapsa, ocurre algo parecido, pero a escala cósmica.

El espacio-tiempo no es un vacío pasivo, sino una membrana dinámica capaz de deformarse elásticamente. Cuando chocan estrellas de neutrones —objetos ultradensos del tamaño de una ciudad, donde la materia se comprime hasta la densidad nuclear o agujeros negros —regiones con una gravedad tan intensa que ni siquiera la luz puede escapar de ellos, la…

Una peonza gira a gran velocidad y, en lugar de un zumbido uniforme, emite un suave runrún porque está ligeramente abollada. Así funcionan más o menos las estrellas de neutrones: esferas del tamaño de una ciudad, comprimidas hasta tal densidad que una cucharadita de su materia pesa como una montaña.

En una enorme sala se colocan cien diapasones. Cada uno de ellos es un púlsar, un resto estelar superdenso que gira a una velocidad vertiginosa y emite pulsos de radio con más precisión que cualquier reloj.

Una estrella de neutrones es el núcleo que fue de una estrella masiva, comprimido hasta el tamaño de una ciudad. En su centro, la materia está tan densamente apretada que los átomos dejan de existir, y los protones y neutrones se disuelven en un mar de quarks.

En la cocina hay un cubo con agua y otro igual con arena. Vertemos la arena en el agua y obtenemos una mezcla donde hay exactamente cinco veces más arena que agua. Así está organizado nuestro universo: hay una parte de materia ordinaria, de la que están hechas las estrellas, los planetas y nosotros mismos, y cinco partes de la esquiva materia oscura.

Cuando una estrella masiva muere y colapsa en una supernova, nace una estrella de neutrones: una esfera del tamaño de una ciudad pero con la masa del Sol. Su materia está tan comprimida que una cucharadita pesa más que el Monte Everest.

Después de una explosión de supernova, queda una estrella de neutrones: una bola del tamaño de una ciudad de materia inimaginablemente densa, girando cientos de veces por segundo. Cualquier pequeña imperfección en su superficie la haría tambalearse como un trompo desequilibrado, emitiendo un tenue zumbido a través del tejido del espacio.

Cuando una estrella masiva muere, su núcleo se contrae hasta convertirse en una estrella de neutrones y las capas externas se dispersan en una explosión. En ese momento nace una nube de neutrinos increíblemente densa: partículas que casi no interactúan con la materia, pero que se 'comunican' activamente entre sí.

Una estrella como el Sol no solo brilla: también zumba suavemente. En su interior, el plasma burbujea, y estos movimientos hacen que la superficie suba y baje rítmicamente. Captar ese temblor desde la Tierra es casi imposible: se ahoga en el ruido de la atmósfera y del propio instrumento.

El núcleo atómico no es una bolita estática, sino un colectivo burbujeante de protones y neutrones. Giran, chocan y se organizan en patrones que los físicos ven como "bandas": escaleras de niveles de energía. En los núcleos de niobio y tecnecio se han encontrado cuatro de estas escaleras, pero la última se resistía obstinadamente a encajar en los cálculos.

El neutrón, una partícula dentro del núcleo atómico, puede vivir en dos mundos: el nuestro y el especular. En el mundo espejo existe su gemelo, invisible para nuestros instrumentos. Si un neutrón ordinario saltara a veces al mundo espejo y volviera, una parte de los neutrones en una trampa se disolvería como en el aire.

Mucho antes, Fritz Zwicky predijo que tras la explosión de una supernova nace una diminuta estrella de neutrones. Años después, Jocelyn Bell Burnell captó sus pulsaciones, descubriendo los púlsares.

Un temporizador de cocina hace tictac una vez por segundo. La estrella de neutrones SRGA J144459.2-604207 hace tictac 448 veces por segundo: es su propia rotación, y se percibe en los estallidos de rayos X. En 2024, la estrella despertó y comenzó a lanzar explosiones termonucleares en su superficie, como una olla hirviendo que burbujea.

Una estrella como el Sol zumba como una campana: en su interior, las ondas sonoras hacen que la superficie tiemble apenas perceptiblemente. Por ese temblor, los astrónomos, como médicos que toman el pulso, juzgan la temperatura, la densidad y la edad de la estrella.

En 1994, los astrónomos vieron cómo la estrella V4332 en la constelación de Sagitario estalló repentinamente y se volvió miles de veces más brillante. Desde entonces no se ha calmado: su brillo ha cambiado varias veces más.

El sistema de Saturno hace 300 millones de años parecía una pista de baile abarrotada. El satélite más masivo, Titán, comenzó a desplazarse, y ese movimiento desequilibró a sus vecinos. Una de las lunas se estrelló contra Titán; los escombros giraron como un torbellino, uniéndose para formar Hiperión.

Un enlace químico es como un resorte tenso entre átomos. Cuando se rompe, los fragmentos de la molécula salen despedidos, pero no se quedan quietos: siguen vibrando, como una cuerda que se suelta.

Una campana no suena con una sola nota: tras el golpe, resuenan varias armónicas a la vez. Algo parecido ocurre con el núcleo atómico: después de una colisión, puede vibrar, y esas vibraciones se detectan en los rayos gamma emitidos. Pero en el núcleo de niobio-104, con 41 protones y 63 neutrones, las armónicas resultaron ser más de las esperadas.

Cuando una estrella masiva agota su combustible, colapsa y explota como supernova. Un instante antes de la catástrofe, del núcleo escapan neutrinos —partículas fantasma—. Viajan a través de la estrella y el espacio interestelar como un olor a humo, anunciando un fuego que estallará sólo minutos o días después.

En los primeros instantes después del Big Bang, el cosmos parecía una olla de caldo hirviendo. En él, como grumos de harina, se enrollaban y crecían densos grumos de energía: los oscilones. Crecieron, ganaron fuerza y pronto tomaron el control de la expansión del Universo.

Inmediatamente después de nacer, el Universo no solo se expandió, sino que se infló a una velocidad inimaginable. Esta etapa, llamada inflación, fue propuesta por Alan Guth. Los nuevos modelos comparan el proceso con inflar un globo a tirones. Si entre tirones el émbolo se detiene un instante, el globo se contrae y produce un fuerte chasquido.

Los científicos han descrito un nuevo tipo de estrella invisible que se comporta como una lente que respira. Tal estrella está compuesta de partículas bosónicas ultraligeras (aún no descubiertas). Su atracción provoca una curvatura del espacio-tiempo, que es justamente la lente, la cual se expande y contrae rítmicamente, como si respirara.

Dos agujeros negros giran en una danza estrecha, y a su alrededor nace algo asombroso: una molécula gravitacional. Una nube de bosones ultraligeros, partículas con masa menor que un electronvoltio, envuelve al par como la nube electrónica en el ion H2+.