VLBI

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.

La luz en una fibra óptica se parece a un arroyo: fluye dentro del hilo de vidrio y no se derrama hacia afuera. Un hilo grueso deja pasar muchos arroyos a la vez; uno delgado, solo uno. Los astrónomos a menudo necesitan verter la luz de un hilo grueso en varios delgados para descomponerla en colores.

Las cámaras del coche autónomo captan la luz como telescopios apuntando a una galaxia lejana. Cada fotograma es una observación fragmentaria; juntos deben combinarse en un mapa del camino. La computadora, como un astrónomo, no pega las imágenes, sino que genera varias posibles vistas aéreas y las compara con los datos reales.

En 1967, Jocelyn Bell Burnell captó la primera «voz» de una estrella de neutrones: el pulso riguroso de un púlsar. Hoy los radioastrónomos escuchan señales mucho más fugaces: ráfagas de radio rápidas (FRB), que duran milisegundos y llegan desde galaxias lejanas.

Una moneda diminuta orbita alrededor de una pesada bola de bolos. La moneda es un pequeño agujero negro o una estrella de neutrones, y la bola es un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia.

En el silencio del laboratorio, sobre una rejilla magnética, flota un pétalo de grafito. Esto no es solo una demostración de la magia del diamagnetismo, es una escucha del Universo. Como una araña que extiende su red para captar vibraciones del mundo invisible, esta lámina se ha convertido en una telaraña gravitacional.

Los astrónomos construyen mapas de galaxias y escuchan el susurro radial del hidrógeno neutro. La señal es tan débil que incluso un televisor encendido la ahogaría, pero antenas sensibles la captan desde las profundidades del Universo.

Un reflector ilumina una sala oscura. Entre la lámpara y la pared flota una lente invisible, y el punto de luz se vuelve más brillante por un instante, se desplaza ligeramente. Esto es exactamente lo que el telescopio DECam, apuntando a la Gran Nube de Magallanes, la galaxia satélite de nuestra Vía Láctea, estuvo buscando durante cinco noches consecutivas.

Ya en la década de 1960, el físico Joseph Weber intentó captar ondas gravitacionales con cilindros de aluminio que debían vibrar como diapasones por la ondulación del espacio-tiempo.

Las ondas gravitacionales son como ondas en el tejido del espacio, análogas a los círculos en el agua cuando se lanza una piedra. En la Tierra, el ruido del tráfico, las mareas y los terremotos las ahogan, como una tormenta que agita un lago impidiendo ver las ondas más débiles. El proyecto LILA traslada el detector a la Luna, donde reina un silencio sin viento.

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.

Las ondas gravitacionales son como ondas en el tejido del espacio, análogas a los círculos en el agua cuando se lanza una piedra. En la Tierra, el ruido del tráfico, las mareas y los terremotos las ahogan, como una tormenta que agita un lago impidiendo ver las ondas más débiles. El proyecto LILA traslada el detector a la Luna, donde reina un silencio sin viento.

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.

Cien personas hablan a la vez en una sala grande. Intentas escuchar a una, pero las voces se mezclan, algunas susurran y ni siquiera sospechas que existen otras. Así se siente un analizador de gas láser común cuando decenas de sustancias se mezclan en una cámara de combustión o en una tubería de fábrica.

Un lidar convencional es como un pintor que dibuja un paisaje pero solo ve sombras grises. Mide con precisión la distancia a cada punto, pero no puede decir si eso es piedra, madera o plástico. Para conocer la composición se necesita un espectrómetro, un dispositivo aparte que funciona lentamente y no sigue el ritmo de un escáner rápido.

La Luna no solo cuelga en el cielo: deja tras de sí una larga cola de viento solar perturbado. El flujo de partículas cargadas del Sol rodea la esfera de piedra, y detrás de ella se forma una zona donde casi no hay partículas.

Una orquesta cuyos músicos tocan en ciudades distintas y el director los escucha con un retraso de fracciones de segundo. Así funcionan aproximadamente las redes de radiotelescopios como el Very Long Baseline Array: una decena de antenas, desde Hawái hasta las Islas Vírgenes, captan el susurro de galaxias lejanas.

Un rayo láser atraviesa la célula, y esta responde al contacto, como una cuerda tensa que se pulsa con el dedo. Por la frecuencia de ese "tañido" se puede saber si el material es rígido o blando. Así funciona la microscopía de Brillouin, llamada así por el físico francés Léon Brillouin.

La luz de estrellas lejanas viaja millones de años, pero los rayos X no se pueden capturar con vidrio ordinario: lo atraviesan como una bala atraviesa el papel. Por eso, los telescopios de rayos X necesitan lentes especiales: pilas de prismas diminutos que desvían suavemente los rayos y los concentran en un solo punto.

Cada noche, los radiotelescopios traen millones de imágenes de galaxias lejanas. Manualmente, es imposible manejar tal flujo. Ya Edwin Hubble clasificaba galaxias por su forma, pero hoy los algoritmos inteligentes las reconocen más rápido. El problema es que los algoritmos necesitan muchos ejemplos etiquetados por humanos.

Un río fluye en una dirección, mientras una ola en su superficie avanza en la contraria. Esa misma dualidad ocurre en los materiales hiperbólicos: la energía de la onda luminosa y sus frentes de onda divergen, impidiendo crear una lente nítida.

Un telémetro láser común funciona como un cronómetro en una carrera de 100 metros: mide el tiempo que tarda la luz en ir al objetivo y volver. Pero ese cronómetro tiene un límite: hace clic con un paso de decenas de picosegundos (billonésimas de segundo).

La luz blanca ordinaria es una mezcla de todos los colores a la vez, como el ruido de una multitud donde cada persona habla en su propia frecuencia. Los científicos, en cambio, necesitan luz cuyas frecuencias estén alineadas con precisión, como las teclas de un piano, donde cada nota suena por separado y con exactitud.

La luz de una estrella tarda millones de años en llegar hasta nosotros, pero en el telescopio sigue viéndose como un punto: está demasiado lejos. Para ver la superficie de una estrella se necesita un instrumento del tamaño de una ciudad. En Chile ya se está construyendo ese gigante: el ELT, con un espejo de 39 metros formado por 798 segmentos hexagonales.

Hasta ahora, la energía oscura se ha estudiado como el motor de un coche: solo por la velocidad alcanzada de la expansión del universo.

La galaxia lejana TXS 2005+403, situada en la constelación de Cygnus, se comporta como un faro cuyo haz atraviesa la niebla. La luz de su núcleo activo —la región donde un agujero negro supermasivo calienta la materia que cae—, en su camino hacia nosotros, cruza nubes de gas cargado en nuestra galaxia.

En la oscuridad se enciende una chispa diminuta. Un rayo gamma nacido dentro del cuerpo del paciente incide en un cristal y arranca de él un haz de luz. La tarea del detector es saber exactamente dónde ha ocurrido. Cuanto más precisa sea la respuesta, más nítida será la imagen en la pantalla del tomógrafo.

Una impresora 3D normal extruye plástico como un pastelero que decora con manga pastelera. Aquí, en lugar de plástico, se usa luz. Un rayo láser dibuja en una resina líquida, haciendo que se endurezca en los puntos deseados. Así nacen piezas que no se pueden ver sin un microscopio.

Las células respiran. Necesitan oxígeno y lo toman de la sangre que circula por los vasos más diminutos. Si el flujo sanguíneo es débil o falta oxígeno, las células empiezan a asfixiarse. Para los médicos es importante verlo cuanto antes. Pero, ¿cómo mirar dentro de un tejido vivo sin cortarlo? El nuevo dispositivo lo hace de dos maneras a la vez.

El láser incide en el tejido y este responde con un chasquido apenas audible: una onda sonora. La captan unos sensores y con ellos se construye una imagen de lo que hay dentro. Así funciona la imagen fotoacústica: la luz penetra en profundidad y el sonido saca la imagen al exterior. En el nuevo esquema no hay sensores.

Cuanto más separadas estén las antenas, más finos serán los detalles que captan. Al combinar sus señales, los astrónomos convierten varios instrumentos en un solo telescopio del tamaño de la distancia entre ellos. Añadiendo a las antenas terrestres una lunar, obtenemos un ojo virtual de 384 000 km de diámetro.

La Luna no es solo un satélite, sino una potencial campana gravitacional. Cuando los cuerpos masivos colisionan, el espacio-tiempo tiembla, y ese temblor, las ondas gravitacionales, hace vibrar todo lo que encuentra a su paso.