supernova de inestabilidad de pares

En una densa nube de gas y polvo donde nacen estrellas masivas, dos estrellas jóvenes pasaron hace poco muy cerca una de la otra. Su danza dura apenas unos sesenta años, y los astrónomos la han visto por primera vez en detalle.

En la fragua del universo, las estrellas no funden hierro, sino núcleos atómicos. Un horno común puede hacerlo, pero a veces el calor se vuelve tan intenso que el horno estalla en pedazos. Eso es, al parecer, lo que le ocurrió a la supernova SN 2024afyu.

Una estrella de neutrones es el remanente de una estrella que explotó, comprimido tan fuertemente que una cucharadita de su materia pesaría como una montaña. Dentro de ese objeto, los protones y neutrones están empaquetados muy juntos, y bajo una presión enorme pueden aparecer hiperones —partículas que contienen un quark extraño.

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.

En física nuclear, un enigma llevaba tiempo sin resolverse: ¿por qué entre los elementos más ligeros que el bismuto solo el tecnecio (n.º 43) y el prometio (n.º 61) no tienen ni un solo isótopo estable? Todos sus vecinos en la tabla periódica pueden presumir de al menos una variante de larga vida, pero estos dos parecen escapar a la regla general.

Un cúmulo estelar joven se parece a una orquesta antes del concierto: cada instrumento se afina a su manera y el rumor general parece caos. Pero si uno presta atención, puede distinguir notas individuales.

En el centro de muchas galaxias no solo se esconden agujeros negros supermasivos, sino también enormes nubes de materia invisible. Si esta materia está compuesta por partículas ultraligeras, puede agruparse en densos cúmulos, una especie de «estrellas» de materia oscura.

Dos esferas ultradensas, cada una del tamaño de una ciudad, giran en una danza. Su masa es menor que la solar, pero en su interior hay materia comprimida hasta límites inimaginables. Una esfera es una estrella de neutrones; la otra, una estrella extraña, compuesta enteramente de quarks (las partículas elementales que forman protones y neutrones).

Las estrellas bosónicas son átomos gravitacionales. Solo que en lugar de carga eléctrica, el núcleo es la propia gravedad, que mantiene una nube de campo escalar en grumos cuantizados.

Un bebé caliente y un adulto frío: la misma estrella de neutrones se ve diferente. Apenas nace en la explosión de una supernova, está al rojo vivo a decenas de miles de millones de grados. Pero con el tiempo se enfría y se contrae, como un metal que se encoje al enfriarse. Para la estrella PSR J1012+5307, esta transición significa una reducción del radio de casi el doble.

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.

Los detectores LIGO y Virgo captan las ondulaciones del espacio-tiempo, pero algunas señales obligan a reescribir los guiones de la muerte estelar.

Una cuerda suena perfectamente limpia hasta que una corriente de aire la roza. Más o menos así funciona el láser superradiant: un haz de átomos, previamente cargados de energía, atraviesa una habitación de dos espejos — el resonador óptico (una trampa donde la luz rebota de un lado a otro).

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.

Dos piedras caen en un estanque. De cada una se expanden círculos, pero en cuanto chocan, se produce un chapoteo y un golpe seco y resonante. Algo así suena la fusión de dos estrellas de neutrones, los restos superdensos de estrellas que han explotado.

Imagine un funambulista balanceándose sobre un abismo. Cada paso cambia la tensión de la cuerda, y el más mínimo desplazamiento del centro de gravedad puede ser fatal. Así se asemeja el baile de una estrella común солнцеподобной alrededor de un чёрной дыры de diez masas solares, si la órbita es muy alargada.

En una orquesta, cada músico toca su parte, pero en cierto momento todos los instrumentos se detienen en una misma nota. Algo así ocurre con los rayos cósmicos: partículas que llegan a nosotros desde estrellas lejanas.

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.

En el interior de una estrella de neutrones, la materia está tan comprimida que los núcleos atómicos se fusionan en largos filamentos y láminas planas. Los astrofísicos llaman a estas estructuras fideos nucleares. En su superficie, la densidad de la materia cae casi a cero, como si emergieras de un denso gel al aire enrarecido.

En la familia de los restos superdensos de estrellas muertas, durante mucho tiempo hubo un vacío. Las estrellas de neutrones — rápidas peonzas del tamaño de una ciudad — rara vez superan las dos masas solares. Los agujeros negros comienzan aproximadamente en cinco masas solares. Y entre ellos hay un «vacío» donde durante décadas no se encontró ningún objeto.

Una bombilla que no se funde, sino que brilla cada vez más hasta destrozar la lámpara entera. Así mueren las estrellas más masivas del universo. Cuando el núcleo de una estrella se calienta a miles de millones de grados, comienzan a crearse pares de partículas: electrones y sus antipartículas, los positrones.

Cuando una sopa caliente se enfría, aparecen grumos en la superficie; de manera similar, el universo temprano, al enfriarse, generaba filamentos de energía: las cuerdas cósmicas. Algunas se asemejan a una goma elástica tensada: mientras está intacta, es estable. Pero si cortas la goma, se rompe.

En una sala abarrotada donde giran parejas, a veces recorre una ola: unas parejas se separan, otras se forman, y el movimiento arrastra a todos. De manera similar se comporta una nube densa de neutrinos, las partículas más pequeñas que apenas interactúan con la materia.

La última cosecha de ondas gravitacionales ha traído un enigma. Los detectores LIGO, Virgo y KAGRA han captado decenas de señales de agujeros negros en fusión, y en la gráfica de sus masas se abre un hueco: apenas hay objetos más pesados que 45 soles, y los que existen giran sospechosamente rápido.

En el cúmulo de Norma, el cúmulo rico en galaxias más cercano a nosotros, los astrónomos han detectado una onda de choque. Se generó cuando un cúmulo chocó contra otro, como la ola que forma la proa de un barco al cortar el agua. Esta onda comprimió y calentó el gas que hay entre las galaxias. Dos galaxias se encuentran justo detrás del frente de onda.

Una estrella de neutrones es el remanente de una estrella que ha explotado, comprimido hasta el tamaño de una ciudad. En su núcleo, la materia está tan densamente empaquetada que una cucharadita de ese material pesaría como una montaña. A esa densidad, según predice la teoría de las interacciones fuertes, las partículas adquieren 'gemelas': compañeras de paridad.

En 2019, los detectores de ondas gravitacionales captaron una señal de la fusión de objetos lejanos. Uno de ellos era un agujero negro de 23 masas solares. El segundo pesaba solo 2,5 masas solares, y eso es extraño. Normalmente, las estrellas de neutrones no superan las dos masas solares: con más masa se comprimen hasta convertirse en agujero negro.

Dos reflectores colocados uno al lado del otro: desde lejos, su luz se funde en una sola mancha y parece que hay una única fuente. Así ocurre también en el espacio: alrededor del 10–20% de las estrellas tenues son en realidad pares cercanos de astros idénticos. Por separado no se pueden distinguir, pero juntos brillan notablemente más que una estrella individual con los mismos parámetros.

En los datos de radio del cielo, como en una vieja película fotográfica, aparecieron dos brillantes franjas de gas. Se mueven a diferentes velocidades, pero cuelgan cerca de la misma estrella tenue. La estrella y las franjas resultaron estar dentro de una enorme burbuja vacía en el gas interestelar.

En el centro de una estrella de neutrones, la materia está tan comprimida que los protones y los neutrones se transforman en partículas más pesadas: los hiperones. Estas partículas se parecen a los neutrones, pero contienen un quark extraño. Durante mucho tiempo, los físicos no podían entender cómo una estrella con hiperones en su interior podía ser tan pesada como muestran las observaciones.

En un rincón oscuro de la Vía Láctea funciona un metrónomo natural. Cada 8196 segundos, aproximadamente 2 horas y 16 minutos, la superficie de una estrella de neutrones emite un destello de rayos X. La estrella EP J171159.4-333253 atrae gas de su estrella vecina, y ese gas, al caer, se acumula en su superficie.

En un cúmulo estelar, como en una pista de baile abarrotada, las estrellas masivas rara vez permanecen solas. La mayoría de las veces giran en parejas o tríos, y la distancia entre ellas puede ser menor que la de la Tierra al Sol. Pero, ¿cómo logran acercarse tanto? La simulación mostró: todo está en el disco de gas y polvo que envuelve a la pareja.

El telescopio espacial James Webb detectó puntos brillantes de luz de una época en la que solo habían pasado entre 100 y 300 millones de años después del Big Bang.

Es como un puente al que le falta la parte central, y nadie espera coches al otro lado. Así veían los astrónomos los agujeros negros con masas entre 50 y 130 soles: las estrellas capaces de crearlos explotan como supernovas de inestabilidad de pares — el núcleo se calienta tanto que la luz crea partículas y antipartículas, la presión colapsa y la…

En 1181, astrónomos chinos y japoneses registraron la aparición de una 'estrella invitada': un astro brillante que brilló durante seis meses en la constelación de Casiopea y luego desapareció. Hoy, en ese lugar se encuentra Pa 30: una nebulosa con una fuente central caliente que expulsa materia a 16 000 km/s.

En el puerto tranquilo de la Burbuja Local —una cavidad de gas caliente y enrarecido alrededor del Sol— ha retumbado recientemente una explosión. Una supernova estalló a decenas de pársecs de nosotros, y su eco aún resuena en los alrededores, alterando el panorama de los rayos cósmicos.