radioastronomía

Un radiotelescopio con miles de antenas se parece a un oído gigante que escucha todo el cielo a la vez. Pero el oído no sabe dibujar una imagen: las señales de cada par de antenas deben multiplicarse, y en una red de diez mil elementos ya hay cincuenta millones de pares. Un correlador clásico hace exactamente eso, y su complejidad crece como el cuadrado del número de antenas.

Cada segundo, miles de aviones de pasajeros en el cielo envían señales de radio, así los controladores ven dónde vuela cada aeronave. Estas señales no viajan en línea recta: el aire con diferente humedad las curva como una lente. Si se capta la curvatura, se puede calcular dónde el aire es más seco y dónde más húmedo.

Los radiotelescopios miran al cielo como oídos atentos: captan el susurro de explosiones lejanas, el rumor de las galaxias, el crepitar de los púlsares. Pero a veces oyen un sonido que no está en los catálogos. En 2003, ese sonido apareció en la constelación del Águila: un punto del cielo que hasta entonces había estado en silencio, de repente empezó a hablar.

Entre 1987 y 1991, los astrónomos midieron por última vez cómo las lunas heladas de Júpiter reflejan las ondas de radio. Luego vino una larga pausa. Entre 2011 y 2024, los investigadores volvieron a apuntar un haz de radar hacia Europa, esta vez con la antena de 70 metros de Goldstone y el radiotelescopio de Green Bank.

En julio de 1969, cuando el Apolo 11 volaba hacia la Luna, los astronautas notaron algo inusual: breves destellos de luz que aparecían incluso con los ojos cerrados. Al principio lo atribuyeron al cansancio, pero los destellos se repitieron en distintas tripulaciones.

Un radiotelescopio, como un oído atento, capta el susurro de galaxias distantes. Entre ese murmullo se esconden gigantes: las fuentes de radio de gran tamaño. Son nubes de partículas cargadas expulsadas desde las cercanías de agujeros negros supermasivos. Se extienden a lo largo de millones de años luz, decenas de veces más que nuestra galaxia.

El universo nos envía señales constantemente, pero muchas son demasiado débiles para percibirlas. Los neutrinos reliquia —partículas que quedaron del Big Bang— atraviesan la Tierra por miles de millones cada segundo, pero atrapar al menos uno es una hazaña al borde de lo posible.

En algún lugar de las profundidades de la Vía Láctea, de vez en cuando estallan pulsos de radio: raros, pausados, como los golpes de un metrónomo lejano. Estos transitorios de radio de período largo se descubrieron hace muy poco y de inmediato dejaron perplejos a los astrónomos.

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.

El amanecer cósmico está oculto tras un denso velo de tiempo. Para mirar a través de él, hay que captar la señal de radio de las nubes de hidrógeno neutro: la famosa señal global de 21 cm de longitud de onda. Pero es tan débil que el propio ruido del receptor la ahoga.

Un estallido rápido de radio es una breve pero potente emisión de ondas de radio proveniente del espacio lejano. Al llegar hasta nosotros, la señal atraviesa nubes de gas disperso, y cuanto más gas hay en el camino, más se dispersa la señal en frecuencias.

La radioastronomía comenzó con un ruido misterioso captado por la antena de Karl Jansky y con los pulsos rítmicos que Jocelyn Bell Burnell llamó, en su descubrimiento, «hombrecitos verdes».

Cuando una onda de radio encuentra un edificio en su camino, no solo se refleja o se absorbe: lo rodea, igual que las olas del mar bordean una roca dejando agua tranquila detrás. En radiofísica, este fenómeno crea una sombra de radio: un patrón complejo de zonas de refuerzo y atenuación de la señal que los científicos llaman retrato de radio.

En la base del sistema hay un riel por el que se desplazan las antenas-pinza, cada una emite una señal de radio. El smartphone las recibe y, conociendo la velocidad de la luz, calcula la distancia a la antena por el retardo.

Las antenas convencionales, para determinar la dirección con precisión, deben trabajar de forma coordinada: captan no solo la intensidad, sino también la fase de la onda en cada instante. El más mínimo error de calibración y la dirección se pierde. El nuevo método se basa únicamente en la intensidad de la señal.

Los dispositivos inalámbricos llenan el éter con señales que se mezclan en el caos, como si todos en una habitación hablaran a la vez. Los científicos propusieron una solución: paneles inteligentes que recuerdan a los paneles acústicos. Cada celda puede, por comando, reflejar una onda de radio como el eco de una pared, o absorberla como el aislamiento acústico amortigua el zumbido.

El destello dura una milésima de segundo, pero en ese instante libera tanta energía como la que el Sol emite en un día. Estas señales, las ráfagas rápidas de radio, son captadas por los telescopios desde 2007, y su origen sigue siendo un misterio. Un nuevo trabajo propone una respuesta elegante: todo se debe a un amplificador cósmico.

Durante décadas, la radioastronomía ha escuchado el cosmos con la esperanza de captar transmisiones de radio de banda estrecha, la «voz» tecnológica de lejanos exoplanetas.

Los estallidos rápidos de radio — pulsos de radio de milisegundos provenientes de lejanas galaxias — han sido un misterio durante mucho tiempo. Su energía colosal, comprimida en instantes, sugería cataclismos en estrellas de neutrones, posiblemente púlsares o magnetares.

Hace medio siglo, Fritz Zwicky notó que la materia visible en los cúmulos de galaxias era catastróficamente insuficiente para explicar la gravedad.

3I/ATLAS irrumpió en el Sistema Solar como un invitado no deseado, un regalo del destino para los cazadores de inteligencia extraterrestre.

En algún lugar del cosmos, un faro de radio destella por una fracción de segundo y se apaga. Estas señales se denominan estallidos rápidos de radio. Provienen de otras galaxias y duran desde microsegundos hasta milisegundos. En ese instante, el estallido libera tanta energía como las explosiones más potentes en estrellas de neutrones de nuestra Vía Láctea.

Dos micrófonos sensibles escuchan el universo. Uno oye un zumbido grave, el otro casi nada. No es que estén averiados, sino cómo están orientados. Los observatorios de ondas gravitacionales como LIGO no solo captan los estallidos fuertes de las fusiones de agujeros negros.

Un faro envía una señal a través de una tormenta de espejos propios: algo así es lo que hacen las ráfagas rápidas de radio cuando intentan abandonar los alrededores de un magnetar. Un magnetar es una estrella de neutrones con un campo magnético un cuatrillón de veces más intenso que el terrestre.

Las ondas gravitacionales son vibraciones del propio tejido del espacio-tiempo, similares a las oscilaciones de una gigantesca cuerda cósmica.

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.

Escuchar el cosmos significa armarse de paciencia y afinar el oído. Los astrónomos eligieron para ello el instrumento de baja frecuencia más sensible: el conjunto de antenas OVRO-LWA, 352 antenas dipolo dispersas a lo largo de dos kilómetros y medio en el desierto de California.

Los astrónomos escuchan el cosmos como una vieja radio: giran la perilla no para buscar una estación, sino para escuchar cualquier ruido inusual. Este enfoque rompe moldes: en lugar de cazar ondas gravitacionales según patrones aprendidos, capturan todo lo que llega, sin sesgos.

Un faro gira en medio de una niebla espesa. Su haz atraviesa la oscuridad, pero la niebla misma permanece invisible. Así, más o menos, buscan los astrónomos la materia oscura: no emite luz, pero puede influir en las señales que nos llegan.

Un concierto de rock atruena a todo volumen y tú intentas captar un susurro de tu amigo. Así se sienten aproximadamente los detectores de radio que captan señales de partículas cósmicas. Una partícula irrumpe en la atmósfera y genera una extensa lluvia: una cascada de millones de partículas secundarias, y esa lluvia emite un breve pulso de radio.

El telescopio Gaia funciona como un tamiz cósmico. Mide datos fotométricos (brillo en diferentes colores) y espectros (descomposición lumínica en arcoíris). Una red neuronal está entrenada para distinguir patrones: cuáles pertenecen a estrellas y cuáles a galaxias.

La radiación cósmica de fondo es el resplandor residual del Big Bang que vemos en ondas milimétricas. Pero también tiene una cola de onda larga que se extiende hasta el rango de radio. En longitudes de onda superiores a 21 centímetros, esta luz comienza a ser absorbida por el hidrógeno neutro disperso en el espacio lejano.

Inmediatamente después del Big Bang, en el espacio podrían haber flotado cúmulos con una masa de un billón de soles y una carga eléctrica de fuerza colosal, como billones de esferas electrificadas.

Las ondas gravitacionales son el temblor del espacio provocado por la fusión de agujeros negros y estrellas de neutrones.

La ionosfera a una altura de 70 kilómetros funciona como un espejo gigante para las ondas de radio. Las antenas terrestres le envían constantemente una señal y escuchan su reflejo.

El modelo estándar es el conjunto de reglas para todas las partículas conocidas. Pero guarda silencio sobre la materia oscura, que constituye una cuarta parte del universo. Para encontrarla, no hace falta construir colisionadores del tamaño de una ciudad.

En el plasma ardiente del universo recién nacido, cuando el espacio mismo aún resonaba con el eco del Big Bang, pudieron surgir objetos que desafían a la propia gravedad. No son los habituales agujeros negros, sino gigantes eléctricamente cargados: los astrones.

La búsqueda de inteligencia extraterrestre ha esperado durante décadas silbidos suaves desde el espacio. Pero nuestra propia tecnosfera ha creado un fondo de radio continuo, como el zumbido de una gran metrópolis. Si las estrellas vecinas tienen antenas sensibles, ya estarían escuchando este ruido.

La materia oscura es invisible, pero su gravedad gobierna el movimiento de las galaxias. De qué está hecha es un misterio. Una idea: son partículas ultraligeras, parecidas a los axiones.

La teoría de la gravedad de Einstein explica cómo la masa hace que el espacio y el tiempo se curven. La fidelidad de estas ideas se ha comprobado cerca de la Tierra, pero las pruebas más rigurosas son posibles cerca de los agujeros negros, donde las distorsiones alcanzan el límite.