oscilación cuasiperiódica

Cada cinco horas, en el sistema binario IPHAS J190812.63+045728.1 llega el momento en que una estrella oculta por completo a la otra. Durante 18 minutos, la enana blanca y su disco ardiente desaparecen de la vista, y en la oscuridad solo queda un modesto vecino rojo. Es un obturador natural que apaga el reflector para mostrar a quien suele esconderse en su resplandor.

En 2015, los detectores LIGO captaron por primera vez el temblor del espacio provocado por la fusión de dos agujeros negros. Desde entonces, se han acumulado cientos de eventos, y cada uno lleva la huella de su linaje: si los agujeros nacieron juntos, de un mismo par de estrellas, o si se encontraron por azar en un cúmulo denso.

Un agujero negro en pareja con una estrella funciona como una bomba: atrae el gas de la compañera, lo hace girar en un disco brillante y de vez en cuando expulsa parte de la materia en dos chorros estrechos. En 2021, el sistema 4U 1543-475 ofreció ese espectáculo.

El detective cósmico comenzó con un destello discreto en el rango óptico. El objeto AT2019wzc se encendía y apagaba lentamente, como una brasa que se consume. Pero en su interior se escondía algo mucho más energético: ráfagas repetidas de rayos X blandos que los astrónomos llaman erupciones cuasiperiódicas. Estas erupciones duran minutos u horas y se repiten cada varias horas o días.

Se puede enviar un pulso de radio corto hacia un agujero negro y esperar el eco reflejado. Parecería que cuanto más corta sea la señal, mejor sondeará los detalles más finos del espacio cerca del horizonte, esa región de la que ni siquiera la luz escapa. Pero la naturaleza tiende una trampa: una onda ultracorta atraviesa casi por completo la barrera gravitatoria y se pierde dentro del agujero.

Un agujero negro no permanece en silencio. Tras una perturbación, suena como una campana, y ese sonido son sus modos cuasinormales (oscilaciones amortiguadas).

Intente distinguir el ritmo de un tambor lejano a través del ruido de una obra. Los métodos habituales buscan un suave «toc-toc-toc», pero si el baterista toca de forma irregular, con golpes bruscos y pausas, pueden no notar nada.

Mayo de 2022. El polarímetro espacial IXPE, el espectroscopio NuSTAR y el monitor NICER apuntaron sincrónicamente a un mismo punto del cielo: el agujero negro en el sistema Cygnus X-1, donde orbita alrededor de una evolución estelar en un estrella binaria cercano con un período de 5.6 días.

Un agujero negro, tras ser golpeado, suena como una campana. Pero en lugar de sonido, emite ondas gravitacionales cuya frecuencia decae rápidamente: esto se llama modos cuasinormales. Por ese 'tañido' se puede conocer la masa del agujero, su rotación y otras propiedades.

La espiral por la que el agua se va por el desagüe gira cada vez más rápido cerca del centro. En un agujero negro ordinario, ese embudo termina en un punto infinitamente agudo — la singularidad, donde las leyes de la física se rompen.

El cosmos está lleno de ondas invisibles: ondas en el tejido del espacio que dejan tras de sí catástrofes como la colisión de agujeros negros. Un agujero negro ordinario lo absorbe todo sin dejar rastro. Pero existen objetos exóticos hipotéticos: cúmulos superdensos de materia sin horizonte de sucesos (la superficie de la que ni siquiera la luz puede escapar).

Un mosaico de cuadrados y triángulos cubre el suelo sin dejar huecos, pero no forma un patrón repetitivo simple. Tal diseño es un cuasicristal, un sólido donde los átomos no se colocan periódicamente, sino siguiendo un patrón de varias ondas de distinta longitud. Estas ondas son inconmensurables entre sí y juntas crean un orden de largo alcance.

La fusión de agujeros negros no es un golpe silencioso. El agujero recién nacido vibra y se amortigua, emitiendo ondas gravitacionales, ondas en el propio espacio. Esta señal se llama «tañido» (ringdown) y se parece al sonido de una campana que se apaga: tiene un tono fundamental y varios armónicos.

Gas incandescente, girando en espiral, cae sobre un objeto superdenso invisible. Tal disco se asemeja a un vórtice gigante, pero a menudo está inclinado: su eje no coincide con el eje de rotación del cuerpo central. La gravedad del objeto masivo hace que el disco se balancee ligeramente, como una peonza que pierde el equilibrio.

El telescopio de rayos X NICER se ha convertido para los astrofísicos en un preciso estetoscopio. En 2025, «auscultó» un agujero negro en el sistema binario 4U 1630−47, un objeto compacto nacido del colapso del núcleo de una estrella masiva (el límite de estabilidad de las…

Las fusiones de agujeros negros, predichas por Karl Schwarzschild, son la principal fuente de ondas gravitacionales captadas por los detectores LIGO. A lo largo de los años se han acumulado 259 eventos, cada uno es una historia cifrada del nacimiento de una pareja.

Un agujero negro no es un objeto muerto. Tras una perturbación, como la fusión con otro agujero, resuena como una campana. Ese tañido no es solo un sonido, sino un conjunto complejo de oscilaciones amortiguadas que se denominan modos cuasinormales.

En los centros de galaxias lejanas a veces se encienden "faros" de rayos X. No parpadean de forma caótica, sino con estricta regularidad: una vez cada varias horas o días. Estos estallidos se denominan erupciones cuasiperiódicas (repeticiones casi a intervalos regulares).

El corazón de muchas galaxias es un agujero negro supermasivo. No solo se sienta en el centro, sino que a veces brilla intensamente cuando engulle el gas circundante.

Un agujero negro suena como una campana cuando algo masivo cae en él. Ese sonido son las ondas gravitacionales, y sus armónicos revelan la forma del horizonte.

Las olas seleccionan los guijarros en una playa de arena. Los guijarros pequeños están apretados unos contra otros, casi iguales en tamaño. Un poco más lejos de la orilla, hay una dispersión de piedras más grandes y variadas. Y justo donde el oleaje es más fuerte, se acumulan los fragmentos más grandes y redondeados.

Las ondas gravitacionales de un cuerpo diminuto que cae hacia un agujero negro funcionan como una radiografía. Pero no atraviesan un hueso, sino el propio espacio-tiempo curvado.

Si tiras una piedra a un estanque, se forman ondas en el agua. De manera similar, un agujero negro «suena» cuando cae materia en él o cuando su espacio-tiempo se sacude ligeramente. Estas oscilaciones amortiguadas se denominan modos cuasinormales, como el tañido de una campana que se va apagando poco a poco.

Un agujero negro es como un pozo sin fondo. Puedes medir cuánta agua ha caído en él mirando el nivel desde fuera. Pero, ¿cómo saber la masa del agua si estás dentro del pozo? Algo así resuelven los autores del nuevo trabajo. Han construido una «balanza» para la masa contenida en una región limitada del espacio, por ejemplo alrededor del horizonte de un agujero negro.

Un agujero negro puede compararse con una campana: tras el impacto, vibra emitiendo un 'tañido' que se desvanece. Ese tañido son las ondas gravitacionales que detectan los instrumentos en la Tierra.

Un gigantesco agujero negro desgarró una estrella, y de ella quedó un disco torcido de gas incandescente, como un disco de vinilo deformado por el calor. Ahora, un diminuto agujero negro (o una estrella) corretea alrededor y perfora regularmente ese disco. Cada pinchazo es un brillante destello de rayos X.

Golpea una campana y sonará. Pero el sonido no será cualquiera: la campana elige las notas para las que está afinado su metal. Resulta que un agujero negro se comporta igual. Cuando algo cae en él o su espacio-tiempo se curva, empieza a oscilar.

Dos patinadores artísticos giran sobre el hielo. Uno es ligero y cauteloso, apenas rota. El otro es masivo y veloz, gira con todas sus fuerzas y además en direcciones distintas. Más o menos así es el panorama que han dibujado las ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros.

El faro a veces brilla con intensidad y a veces casi se apaga, aunque la lámpara interior arde de manera constante. Esa es la imagen que vieron los astrónomos al dirigir sus telescopios hacia la galaxia I Zwicky 1.

El sonido viaja a través de un medio a una velocidad determinada. Si el medio se mueve más rápido, el sonido es arrastrado por el flujo, como una astilla atrapada en un remolino. En el helio superfluido —un líquido sin fricción— la rotación rápida genera vórtices-remolinos.

Las sombras de los objetos supermasivos en los centros de galaxias —M87 y la Vía Láctea— se han convertido en íconos de la astrofísica moderna. Pero ¿y si estas sombras no son huellas de absorción, sino de paso?

Golpea una campana y responderá con su nota. Del mismo modo, un agujero negro, perturbado por la caída de una estrella o de otro agujero, comienza a "sonar", emitiendo ondas gravitacionales. Pero en lugar de sonido, es un estremecimiento del propio espacio, y en lugar de una sola nota, un conjunto de frecuencias amortiguadas.

Un agujero negro, perturbado por una fusión, resuena en sus frecuencias únicas, como una campana. Cada agujero tiene su propia «voz», por la cual los astrónomos determinan sus características. En un nuevo estudio, los científicos analizaron cómo este sonido se ve afectado por la energía oscura y las hipotéticas nubes de cuerdas microscópicas.

En el centro de la galaxia 1ES 1927+654 vive un agujero negro que se comporta como un faro con un mecanismo irregular. Cada seis minutos y medio emite una ráfaga de luz de rayos X, y los astrónomos llevan escuchando este ritmo desde 2022.

En el centro de la galaxia PDS 456 brilla un cuásar: un agujero negro que devora gas y emite una luz más brillante que cientos de miles de millones de estrellas. El telescopio de rayos X XRISM ha examinado esa luz y ha visto en ella una empalizada de bandas oscuras, parecidas a la sombra de una cerca de estacas al atardecer.

En el centro de la lejana galaxia MCG-6-30-15 vive un agujero negro supermasivo. A su alrededor gira un disco de gas incandescente, y sobre el disco flota una nube de partículas aún más calientes: la corona. En febrero de 2024, tres telescopios de rayos X —XRISM, NuSTAR y XMM-Newton— observaron este sistema simultáneamente.

Una peonza en una mesa, al girar, se tambalea: el eje de rotación está inclinado y el movimiento se vuelve irregular. Algo similar ocurre con los agujeros negros alrededor de los cuales gira un disco de gas y polvo.

El agujero negro Swift J1727.8-1613 emite destellos de rayos X con un ritmo estricto, como un corazón cósmico. El gas que cae hacia el agujero forma un disco giratorio, y su brillo palpita. Un telescopio chino captó este ritmo, como un estetoscopio capta un latido.

El agujero negro en el sistema GX 339-4 durante la erupción de 2021 se comportó como una actriz que cambia de vestuario entre escenas. En el estado duro, se puso dos coronas a la vez: una caliente y tenue, y encima de ella, una templada y densa. En el estado blando, solo quedaba la corona caliente.

Tira una piedra a un estanque: las ondas se expanden y desaparecen. Un agujero negro tras colisionar con otro agujero negro o con una estrella también «suena», pero sus oscilaciones no son simples. Cerca del agujero resuenan los «armónicos»: ondas secundarias nacidas de la no linealidad del propio espacio-tiempo.