velocidad de giro

Un millón de órbitas, la misma partitura. Nueve halos de materia oscura, nueve orquestas sin director. Todos los músicos tocan las mismas notas, pero en cada sala la música suena distinta: en unas, con armonía; en otras, con desfases. Así, las galaxias satélite que caen en el halo de su anfitrión siguen órbitas que dependen no solo de la masa, sino también de la forma del escenario invisible.

Es como un récord en una carrera de velocidad: para batirlo necesitas una carrera perfecta. Pero los púlsares sub-milisegundo púlsares tienen una carrera demasiado corta. El púlsar más rápido conocido, PSR J1748-2446ad, da 716 vueltas por segundo, más rápido que una batidora de cocina.

El viento solar es un flujo continuo de partículas cargadas que viajan desde el Sol. Contiene dos componentes principales: protones (núcleos de hidrógeno) y partículas alfa (núcleos de helio, cuatro veces más pesados).

El carrusel gira: cuanto más lejos del centro te sientas, más rápido te lleva. Durante mucho tiempo se pensó lo mismo de las galaxias: las estrellas en las afueras deberían girar más lento que las cercanas al centro. Pero ya en los años 1970 se descubrió que en muchas galaxias espirales la velocidad de las estrellas apenas disminuye con la distancia al centro.

Una galaxia se parece a una ciudad: en el centro hay luces brillantes y edificios densos, y hacia las afueras, luces dispersas y vacío. Pero si observamos cómo rota el gas en el disco galáctico, vemos que en las afueras su velocidad casi no disminuye. Como si barrios invisibles siguieran sosteniendo el movimiento.

Lanza dos piedras de formas diferentes a un estanque: las ondas en el agua contarán cuál era lisa y cuál era angular. Las ondas gravitacionales funcionan de manera similar: cuando dos objetos superdensos se fusionan, el temblor del espacio-tiempo propaga detalles sobre su estructura interna.

El objeto cósmico gira, pero su sombra no es redonda. Los astrofísicos examinaron un agujero negro en una versión inusual de la gravedad: el llamado mundo brana (donde nuestro Universo es una superficie tridimensional en un espacio de más dimensiones).

Un cúmulo globular —un denso enjambre de cientos de miles de estrellas— atraviesa la galaxia como una bala perfora el agua. En materia oscura ordinaria (esa masa invisible que mantiene unidas a las galaxias), debería perder velocidad rápidamente debido a la fricción dinámica.

Un agujero negro no es una aspiradora perfecta. Está rodeado de un enjambre de partículas y campos, y ese enjambre altera su destino. En un nuevo trabajo, los astrofísicos examinaron cómo se comporta un campo vectorial masivo —una forma hipotética de materia oscura— cerca de un agujero negro en rotación.

En el corazón mismo de la Vía Láctea, alrededor de un agujero negro supermasivo invisible, giran estrellas. Una de ellas, S301, completa una órbita en solo 8,7 años. Su trayectoria es una elipse muy aplastada: a veces se acerca casi rozando al agujero negro, y otras se aleja hasta perderse.

A 26 000 años luz de la Tierra, en el corazón de la Vía Láctea, la estrella S301 se precipita a través del espacio a 18 000 kilómetros por segundo. Rodea el agujero negro supermasivo Sgr A* en una órbita alargada. En el punto de máximo acercamiento, la estrella se encuentra a solo 280 radios gravitacionales, algo así como del Sol a Urano.

El viento más rápido del Universo viaja a 0,58 veces la velocidad de la luz. Cubre la distancia de la Tierra a la Luna en dos segundos. Este viento no es un chorro, sino un amplio flujo de gas que irrumpe desde el centro de la galaxia.

En el centro de una galaxia lejana, donde gira un agujero negro supermasivo con una masa de cien millones de soles, el espacio está atravesado por campos magnéticos. Están enrollados en torbellinos apretados, como un embudo en una concha, solo que en lugar de agua hay plasma acelerado a velocidades cercanas a la de la luz.

89 milisegundos. Eso dura la avalancha de vórtices que acelera bruscamente la rotación del púlsar Vela — uno de los púlsares más famosos por sus glitches. Los púlsares son estrellas de neutrones que giran a gran velocidad, nacidas del colapso de supernovas.

3 milisegundos antes de la fusión. Un enorme agujero negro, girando a una velocidad frenética, atrae hacia sí una estrella de neutrones: una esfera del tamaño de una ciudad, pero con una masa de una vez y media la del Sol.

En mayo de 2020, los detectores LIGO y Virgo registraron la onda gravitacional GW200105. Entre muchas ondas gravitacionales similares, esta se destacó por una rareza: la órbita de la estrella de neutrones y el agujero negro que chocaron no era un círculo perfecto, sino una elipse alargada.

Durante décadas, los astrofísicos construyeron una imagen ordenada: la galaxia, como un gigantesco carrusel, gira a un ritmo uniforme, y el agujero negro supermasivo situado en su centro hereda esa danza.

En el centro de un cúmulo estelar denso reina una auténtica fragua: aquí las estrellas, como piezas al rojo vivo, chocan y se fusionan bajo la acción de la gravedad, y estas fusiones no son una catástrofe, sino una oportunidad. Cada golpe del martillo estelar transfiere rotación al futuro agujero negro.

Como un carrusel: es más fácil hacer girar uno ligero que uno pesado. Algo similar ocurre con las estrellas de neutrones, los restos superdensos de estrellas que han explotado. Los astrónomos examinaron unas cincuenta sistemas binarias donde una estrella de neutrones orbita alrededor de otra y notaron que cuanto más masiva es la estrella, más largo es su período de rotación.

Un agujero negro no es solo una mancha oscura en el cielo. Su sombra se proyecta sobre el fondo luminoso de la materia que cae y guarda la huella de la propia geometría del espacio. Si la gravedad está organizada de manera un poco diferente a lo que estamos acostumbrados a pensar, la sombra lo delatará.

Cuando dos estrellas superdensas giran en un baile íntimo, el espacio a su alrededor tiembla. Ese temblor —las ondas gravitacionales— es captado por gigantescos detectores en la Tierra. Pero descifrar la señal no es fácil: hay que entender con qué nos enfrentamos, si con un par de agujeros negros o de estrellas de neutrones.

Imagina a una persona en una foto antigua, de pie entre la multitud y girando sobre sí misma: adivinar su edad es casi imposible. Algo así hacen los astrónomos cuando determinan la edad y la masa de estrellas lejanas, y a menudo se equivocan.

En los discos de acreción que rodean los núcleos de galaxias activas — los cuásares, descubiertos por Maarten Schmidt en los lejanos años sesenta — bulle un río de gas y polvo incandescentes. En sus remansos, donde se calman los flujos turbulentos, contra todo pronóstico, nacen planetas.

En los centros de las galaxias, donde los agujeros negros supermasivos dormitan rodeados de enjambres estelares, a veces se encienden fuegos de fuerza monstruosa: las disrupciones por marea. Pero algunos de estos eventos se comportan de manera extraña: se repiten una y otra vez, y cada nuevo encendido es más tenue que el anterior.

La luz, al pasar cerca de un agujero negro, cae en una trampa gravitacional: su trayectoria se curva, y la partícula rebota en una órbita casi cerrada, como una bola de pinball.

Una peonza gira a gran velocidad y, en lugar de un zumbido uniforme, emite un suave runrún porque está ligeramente abollada. Así funcionan más o menos las estrellas de neutrones: esferas del tamaño de una ciudad, comprimidas hasta tal densidad que una cucharadita de su materia pesa como una montaña.

Un remolino en un río arrastra todo lo que encuentra a su alrededor. Si añades al agua una gelatina invisible que se espesa junto al embudo y desaparece de repente en su borde, tendrás una idea aproximada de cómo es un agujero negro en el nuevo modelo matemático.

Einstein y Rosen imaginaron un puente que conecta dos hojas de la realidad. Wheeler le dio un nombre — agujero de gusano, y Thorne con Morris demostraron: el túnel es transitable si se rellena con materia exótica.

Un enorme remolino gira a gran velocidad. Si lanzas una cuerda dentro, fijando un extremo en el borde y dejando el otro fuera, el remolino comenzará a enrollar la cuerda sobre sí mismo, haciéndola girar. Algo así se comporta una cuerda cósmica cerca de un agujero negro en rotación.

El halo de nuestra galaxia es una enorme nube difusa de estrellas viejas que envuelve el disco que conocemos. Guarda la historia de cómo la Vía Láctea creció al absorber galaxias enanas vecinas.

La luz reflejada por el disco ardiente alrededor de un agujero negro puede revelar más sobre él de lo que creíamos. Cuando el disco emite calor, parte de esa luz se refleja de vuelta al disco y se dispersa, adquiriendo una distribución de energía inusual: como si al resplandor normal se le añadiera un nuevo componente similar a una ley de potencias.

El púlsar de radio J1574+4703 es una estrella que se comporta como un faro caprichoso. En lugar de brillar constantemente, enciende su haz de radio en ráfagas cortas y luego se calla durante mucho tiempo. Estos objetos se denominan "transitorios de radio rotantes", abreviados como RRAT.

Una galaxia se parece a un tiovivo gigante: las estrellas y el gas giran alrededor del centro, y la velocidad de su movimiento delata cuánta materia hay en ese tiovivo. Si solo viéramos la materia luminosa, las partes exteriores girarían más lentamente de lo que muestran las observaciones.

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.

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.

Una estrella como el Sol zumba como una campana: en su interior, las ondas sonoras hacen que la superficie tiemble apenas perceptiblemente. Por ese temblor, los astrónomos, como médicos que toman el pulso, juzgan la temperatura, la densidad y la edad de la estrella.

En las frías nubes de gas y polvo donde algún día se encenderán estrellas, parte de los átomos ha perdido electrones y se ha vuelto cargada. Las partículas cargadas sienten el campo magnético, mientras que las neutras no, por lo que unas se deslizan entre otras, como el agua a través de un colador.

El telescopio espacial Gaia ha medido la velocidad de rotación de más de cien mil estrellas. Resulta que la velocidad de giro depende de la temperatura de la estrella. En las estrellas más frías que 6500 grados, la superficie se mueve a una velocidad de 10 a 20 kilómetros por segundo.

En los centros de casi todas las galaxias se esconden agujeros negros, gigantes invisibles. Cuando dos galaxias chocan, sus agujeros negros forman una pareja condenada a bailar uno alrededor del otro.