función de dispersión puntual

El cielo nocturno parece tranquilo, pero en realidad partículas invisibles —los rayos cósmicos— nos atraviesan constantemente. Entre ellos hay electrones y sus antipartículas, los positrones. Cuando chocan con detectores en satélites o globos aerostáticos, los instrumentos registran su energía.

Una cámara observa dos chispas lejanas. Están tan cerca una de la otra que se funden en una mancha borrosa. Parece imposible distinguirlas por separado: se ha superado el límite clásico de la microscopía óptica. Pero la mecánica cuántica sugiere que el campo de luz aún guarda el secreto de dónde se encuentra cada chispa.

El haz de una linterna atraviesa la niebla. Cuanto más densa es la niebla, más se dispersa la luz y más tarde llega al ojo. Un principio similar opera con las ráfagas rápidas de radio: misteriosos pulsos ultrapotentes provenientes de galaxias lejanas.

Fotografiar un exoplaneta alrededor de otra estrella es como intentar ver una luciérnaga frente a un reflector. La atmósfera terrestre no deja de agitarse, y en el telescopio eso se ve como manchas danzantes: los speckles.

El fondo óptico del cielo es un palimpsesto cósmico, donde la luz de miles de millones de galaxias no resueltas se superpone en capas correspondientes a diferentes épocas. Hasta ahora solo podíamos distinguir las 'letras' más brillantes: estrellas individuales y galaxias cercanas.

Una carga que se mueve con aceleración normalmente emite luz — es un hecho cotidiano. Pero los físicos han descubierto que si la carga se desliza por una trayectoria especial, su radiación se comporta de manera diferente.

Fotografiar los alrededores de un agujero negro es como grabar una fuente: una exposición corta congela las gotas, una larga las funde en rayas borrosas. La luz del gas incandescente que gira alrededor del agujero viaja hasta nosotros por caminos diferentes. Algunos rayos lo rodean en un arco, otros dan varias vueltas debido a la curvatura del espacio.

Un telescopio solar se parece a un ojo que intenta distinguir a una hormiga a través de una sopa hirviendo. El cielo diurno deslumbra, el aire tiembla y la imagen se desdibuja. Para congelarla se necesita óptica adaptativa: un sistema que adivina las distorsiones y las corrige cientos de veces por segundo.

Toda medición de luz se enfrenta a una limitación fundamental: los fotones llegan al sensor de la cámara de forma desigual. Esta ondulación natural (ruido de disparo) difumina los detalles finos, como si intentaras escuchar un instrumento suave en una orquesta a través del ruido de la sala.

La luz, al atravesar un medio turbio como la leche o el tejido vivo, se dispersa en todas direcciones. Reconstruir dónde se absorbió la luz con mayor intensidad es como adivinar la forma de un objeto caído a partir del charco en el asfalto.

Los astrónomos, como cocineros, durante mucho tiempo prepararon la descripción del Universo siguiendo las mismas recetas complicadas. Estas recetas —fórmulas matemáticas complejas— calculaban cuántas galaxias de diferente luminosidad y masa llenan el cosmos, y cómo se distribuyen los cimientos invisibles de materia oscura.

En las frías nubes de gas interestelar se esconden largos y delgados filamentos, como hilos en una madeja. Es precisamente en ellos donde, al contraerse, nacen nuevas estrellas. Los astrónomos tomaron siete de estas nubes a distancias de 140 a 920 años luz y midieron cuántos filamentos de diferentes grosores hay en ellas.

Un microscopio óptico común se topa con un límite: no distingue dos puntos si están a menos de 200 nanómetros, aproximadamente el grosor de una burbuja de jabón dividido por cien. Para ver más allá, los científicos hacían que las moléculas de la muestra parpadearan o se desvanecieran, pero esos trucos son lentos y dañan las células vivas.

La luz de una estrella lejana, tras atravesar el aire y las lentes del telescopio, pierde nitidez, como si miraras un farol a través de un vidrio mojado. Los astrónomos llaman a este desenfoque la «huella dactilar» del telescopio: cada instrumento tiene la suya propia y hay que conocerla al detalle.

Cuando aparece una mancha brillante en una estrella, los astrónomos quieren saber cuánta energía se liberó al espacio. Antes imaginaban la llamarada como una hoguera que crece: el área del fuego aumenta, pero el calor sigue siendo el mismo. Así era más fácil calcular, pero la realidad resultó ser diferente.

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 las oscuras nubes de gas interestelar donde nacen las estrellas, la materia se acumula en densos nudos: las futuras cunas de los astros. Los astrónomos miden las distancias entre estos nudos a partir de fotografías del cielo, pero la fotografía es plana, mientras que la nube es tridimensional. Convertir del plano al volumen no es una tarea tan sencilla como parece.

Un haz de luz enviado desde la Tierra a un satélite se dispersa en la atmósfera, como una linterna en la niebla. Para que la señal no se pierda, se necesita luz de longitud de onda corta, que se dispersa menos. Ese tipo de luz se genera en cristales especiales, pero es difícil reducirlos al tamaño de un chip.

Los astrónomos leen la historia de las galaxias a través de sus retratos. Antes se utilizaba o bien un largo análisis de la luz por colores, o bien rápidas fotografías con filtros, perdiendo los detalles de la forma.

Las ráfagas rápidas de radio son brillantes destellos cósmicos que, como una señal de partida, inician una carrera de ondas de radio a través del Universo. Los astrónomos las usaron para comprobar si el fotón —la partícula de luz— tiene masa.