onda de plasma

Un pulso láser incide en una nube de gas y arranca electrones de ella, dejando tras de sí una burbuja: una cavidad donde apenas hay partículas. Esa burbuja viaja a través del plasma a una velocidad cercana a la de la luz, y sus paredes arrastran a los electrones que quedaron dentro, como una lancha rápida arrastra a un esquiador acuático.

El plasma es un gas en el que los electrones se han separado de los átomos y se mueven libremente. A veces, en ese gas, surgen espontáneamente regiones donde casi no hay electrones: se les llama agujeros. Como si en una corriente de agua apareciera un remolino que atrae todo lo que está alrededor. Pero cómo nace exactamente ese remolino ha sido durante mucho tiempo un misterio.

Un rayo láser normal va recto, como la luz de una linterna. Pero la luz se puede retorcer en espiral, como el hilo de un sacacorchos. Ese rayo lleva momento angular orbital: no solo ilumina, sino que también hace girar todo lo que encuentra. Los físicos dirigieron esta luz retorcida hacia un plasma para acelerar electrones.

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.

El plasma no es solo un gas caliente, sino toda una orquesta de partículas cargadas, donde cada grupo toca su propia parte. Los iones pesados (átomos que han perdido electrones) marcan el ritmo lento, mientras que los electrones ligeros se mueven diez mil veces más rápido.

Los estallidos rápidos de radio (FRB) son faros enigmáticos del Universo que en milisegundos emiten una energía comparable a la que el Sol libera durante siglos.

En las enormes nubes de gas enrarecido que llenan el espacio entre las estrellas, algo bulle constantemente. Explosiones de supernovas, flujos que chocan: todo esto agita el plasma. Y en estas ondas, según se ha descubierto, se esconde un mecanismo que da origen a los campos magnéticos.

Un láser de fábrica, que en producción corta y suelda metal, se ha hecho funcionar por primera vez como acelerador de partículas. Los físicos tomaron un láser estándar de iterbio —cuyo núcleo es un cristal del tamaño de una palma— y convirtieron sus destellos en una herramienta para acelerar electrones hasta casi la velocidad de la luz.

La paradoja del joven viento solar ha intrigado a los heliofísicos durante mucho tiempo. Las mediciones mostraron que cerca del astro los haces de protones no están borrosos, sino comprimidos, como si alguien les hubiera dado cuidadosamente la forma de una cabeza de martillo.

Ya Jocelyn Bell Burnell, quien registró por primera vez la estricta periodicidad de las señales de radio, notó que algunos pulsos desaparecían repentinamente. Hoy sabemos que la variabilidad no es un capricho, sino la voz de una electrodinámica compleja.

Una multitud está encerrada en un estrecho pasillo entre dos hileras de espejos. De vez en cuando alguien empuja con fuerza la pared y un rumor recorre el pasillo: así, en el plasma de los cúmulos de galaxias aparecen ondas de silbido y ondas ion-ciclotrón.

Una palmada comprime el aire y este se dispersa: el choque más simple. En el espacio, el papel de las palmas lo desempeñan las estrellas que explotan: sus ondas de choque comprimen bruscamente el gas y desencadenan una mezcla caótica: la turbulencia.

Una gota de champú espeso cae al agua y se congela en una hebra caprichosa. Un fluido que a la vez fluye y se estira como un resorte se llama viscoelástico. En él, las partículas diminutas bajo la acción de los ultrasonidos se comportan de manera muy distinta que en el agua.

Una fina capa de aceite sobre la superficie del agua se rompe en gotas con el más mínimo empujón. Algo parecido ocurre en el viento de púlsar — el flujo de partículas que expulsa una estrella de neutrones de rápida rotación. En este flujo también hay capas de plasma que pueden descomponerse en grumos — islas magnéticas.

La copa de un árbol enorme se mece con el viento, pero las raíces y el tronco quedan ocultos bajo tierra. En el Sol, el papel de esas raíces invisibles lo desempeñan los campos magnéticos. Emergen de las profundidades, atraviesan toda la atmósfera y controlan el movimiento del gas incandescente: el plasma.

El viento solar no es un flujo uniforme, sino más bien racheado. En su interior, los protones y los núcleos de helio no viajan a una única velocidad, sino con una dispersión, como gotas en el chorro de una manguera.

Cuando el agua hierve en una tetera, ondas de vapor se expanden por la cocina. En el espacio ocurre un proceso similar en el plasma, un gas tan caliente que los electrones se separan de los átomos. Alrededor de los agujeros negros y las estrellas de neutrones, este plasma no solo es caliente: las partículas se mueven a casi la velocidad de la luz.

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 de neutrones es una ciudad del tamaño de una metrópolis comprimida hasta las dimensiones de un pequeño asteroide. A su alrededor hierve un plasma —un gas de partículas cargadas— a través del cual corren ondas como ondas en la superficie de un estanque. Hay tres tipos de ondas: de Alfvén (A), ordinarias (O) y extraordinarias (X).

Una estrella de neutrones del tamaño de una ciudad gira más rápido que una batidora de cocina y lanza partículas a su alrededor. A su alrededor se forma una nube luminosa, denominada halo de púlsar. La forma de esta nube depende de los campos magnéticos invisibles que, como las corrientes oceánicas, dirigen las partículas.

El Big Bang fue como un trueno cósmico que hizo vibrar el tejido del espacio. Estas vibraciones — ondas gravitacionales — aún resuenan por el Universo, como un eco de aquel lejano evento. Cuanto más fuerte fue la 'explosión' original, más agujeros negros primordiales deberían haberse formado.

Una bandada de luciérnagas en un bosque nocturno parpadea al azar: cada insecto destella por su cuenta y la luz se dispersa por igual en todas direcciones. Ahora imagina que las luciérnagas se pusieran de acuerdo para parpadear de modo que su luz conjunta se dirigiera solo hacia el norte, aunque ellas permanecieran quietas y ninguna se girara.

Frente a la onda de choque que la Tierra crea en el viento solar, a veces aparecen gigantescas burbujas de gas enrarecido. Dentro de ellas, la densidad de partículas cae varias veces y los campos eléctricos comienzan a vibrar como una cuerda después de un pellizco.

Un rayo láser normalmente viaja en línea recta, como un chorro de agua de una manguera. Pero, ¿y si retorcemos ese chorro como la espiral de un sacacorchos? Obtendríamos un resorte de luz: un haz que, además de avanzar, gira alrededor de su propio eje.

El plasma es un gas calentado tan intensamente que los electrones se separan de los átomos. En él corren ondas parecidas al sonido en el aire, pero las controla un campo magnético. Si el campo magnético se vuelve no homogéneo, sino periódico —como una valla con tablones alternados—, las ondas se comportan de otra manera.

En la corriente de partículas cargadas que sopla continuamente desde el Sol, a veces se producen ráfagas de radio: señales cortas y potentes en una frecuencia que se puede captar con un receptor de radio común. Hasta ahora no estaba claro cómo se generan exactamente estas señales en esa corriente.

El Sol emite constantemente un flujo de partículas cargadas, principalmente hidrógeno — el viento solar. A veces, el Sol expulsa densas nubes de gas magnetizado, en cuyo interior suele reinar la calma. Pero en el año 2000, en una de esas nubes, los científicos detectaron dos regiones donde el gas hervía.

El gas incandescente que fluye desde el Sol no es una corriente uniforme, sino más bien una sopa de partículas cargadas. En esta sopa, las ondas hierven de vez en cuando: los campos eléctricos destellan y se apagan, como las ondas en el agua al lanzar una piedra. Una de estas ondas es la onda acústica ión-ión.

El planeta, cuya órbita es ligeramente alargada, en cada giro se zambulle más cerca de la estrella y luego se aleja. La atracción variable lo calienta, y las rocas sólidas se funden, convirtiéndose en un océano de lava.

En el gas ardiente de partículas cargadas —el plasma— los campos eléctricos caóticos funcionan como un colador. La partícula lenta se rodea de una nube de cargas opuestas que atenúa el campo externo. La rápida se desprende de esa coraza y recibe un impulso.

El viento solar no es un arroyo tranquilo, sino una sopa burbujeante de partículas cargadas. La sonda Parker, al sumergirse cerca del Sol, captó dos tipos de ondas que actúan como batidoras. Las ondas levógiras, como un batidor de varillas en manos de un chef, agitan la materia cuando la temperatura a lo largo y a lo ancho del movimiento difiere.

Los físicos utilizaron un simulador cuántico —un dispositivo que imita el comportamiento de partículas cargadas— para estudiar sus colisiones a energías enormes. Según el Modelo Estándar, las leyes del micromundo, el sistema debería transitar rápidamente al caos, donde la entropía es máxima.