lente gravitacional débil

La orquesta de seis galaxias lejanas debería haber sonado fuerte, pero no había parte para los tambores. Los astrónomos apuntaron hacia ellas el telescopio espacial James Webb para escuchar los estallidos agudos que, según se creía, acompañan el nacimiento de estrellas. En lugar de eso, registraron solo un zumbido constante.

Un rayo de luz que pasa cerca de un cuerpo masivo se curva a su alrededor, como un corredor que dobla la esquina del estadio. Para una estrella de neutrones, ese ángulo de desviación suele considerarse igual al de una masa puntual.

Un rayo de luz que pasa cerca de un cuerpo masivo cambia ligeramente de dirección, como el agua que rodea una piedra en un arroyo. En el sistema solar hay muchas de estas "piedras": planetas, sus lunas, asteroides. Y cada uno de ellos, con su gravedad, curva la trayectoria de la luz que llega de estrellas lejanas.

En los oscuros confines de nuestra galaxia, lejos de los brillantes cúmulos estelares, se esconden millones de agujeros negros. Son invisibles: no emiten luz ni absorben materia de manera notable. Los métodos de búsqueda habituales, diseñados para campos estelares densos, son inútiles aquí. Se necesita otro enfoque.

En los primeros instantes tras el Big Bang, el universo se expandió a una velocidad vertiginosa, una fase que llamamos inflación. Incluso el vacío estaba agitado: los empujones cuánticos mecían los campos como el viento agita las espigas en un campo.

Un café ruidoso. Intentas distinguir dos conversaciones en voz baja: una, en la mesa junto a la ventana (fusiones de agujeros negros); la otra, un susurro apenas perceptible desde el rincón más lejano (ecos del nacimiento del universo). Pero todo lo ahoga el zumbido de la máquina de café y el estruendo de la calle (las vibraciones de los detectores).

La luz del comienzo del universo ha viajado hacia nosotros durante 13,8 mil millones de años. Durante ese tiempo, su polarización —la dirección de sus oscilaciones— podría haber sufrido un giro, como la aguja de una brújula que alguien gira imperceptiblemente. Los físicos llaman a este fenómeno birrefringencia cósmica.

En 1929, Edwin Hubble apuntó su telescopio a galaxias lejanas y descubrió que se alejan. Noventa años después, dos mediciones de la velocidad de esa expansión —una basada en la luz antigua y otra en estrellas cercanas— se niegan a coincidir. Una discrepancia del 9% no se puede achacar a errores.

En la galaxia NGC 1052 DF2, las estrellas se mueven a tan solo 8 kilómetros por segundo — como si no hubiera masa invisible alrededor. Para comparar: en nuestra Vía Láctea, las estrellas periféricas se aceleran hasta 200 kilómetros por segundo, retenidas por un masivo halo de materia oscura.

El 23 de noviembre de 2023, los detectores de LIGO captaron algo extraño. La señal de ondas gravitacionales de la fusión de dos agujeros negros, denominada GW231123, apuntaba a masas récord — 137 y 101 masas solares — y una rotación anómalamente rápida. Sería la pareja más masiva y de rotación más rápida jamás registrada.

Ocho puntos brillantes en el cielo radioeléctrico. Son el mismo cuásar HS 0810+2554, cuya luz atravesó una lente gravitacional: una galaxia masiva en primer plano.

En 2019, en el detector LIGO se registró una onda gravitacional — una ondulación en el tejido del espacio-tiempo — cuyo mapa tiempo-frecuencia se asemejaba a un curioso peine. Cada señal de fusión de agujeros negros deja un patrón único, similar a huellas dactilares.

En 1956, dos radiotelescopios en Jodrell Bank apuntaron a Sirio, captando no imágenes sino el temblor de la intensidad. El experimento de Hanbury Brown y Twiss (HBT) reveló algo sorprendente: las correlaciones de los fotones entrantes cuentan la estadística de la fuente, si es caótica como una lámpara térmica o coherente como un láser.

El universo es una gigantesca sala de conciertos, donde en lugar de paredes y balcones flotan nubes invisibles de materia oscura. Este conjunto arquitectónico no es estático: refracta y dispersa la «música» que lo atraviesa: las ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros.

Mira el cielo nocturno: no es un puñado de luces, sino un manuscrito de múltiples capas. Bajo la brillante tinta de las estrellas y las galaxias aflora un texto pálido, casi borrado.

El cielo de rayos gamma captado por el telescopio Fermi es una grandiosa sinfonía de miles de fuentes. Aquí las pulsaciones rítmicas de púlsares, los potentes acordes de núcleos activos de galaxias, pero sobre todo objetos no identificados, cuya parte sigue siendo un misterio.

En 1981, Alan Guth propuso el escenario de la inflación cosmológica —una expansión vertiginosa del espacio que estiró las fluctuaciones cuánticas hasta el tamaño de galaxias enteras. Desde entonces, los cosmólogos, como arqueólogos, excavan este evento a través de las estructuras del Universo.

El modelo cosmológico estándar, basado en las ecuaciones de campo propuestas por Einstein, describe el Universo como un cóctel de materia oscura (descubierta gracias a Vera Rubin) y energía oscura en una proporción aproximada…

Desde que Einstein predijo el lente gravitacional, y las ondas gravitacionales fueron escuchadas por primera vez por los detectores LIGO, los físicos han soñado con captar el eco de lente: una señal repetida de una misma fusión, multiplicada por la gravedad de un…

Casi un siglo después de que Fritz Zwicky sospechara que algo andaba mal en el movimiento de las galaxias del cúmulo de Coma, y Vera Rubin midiera las velocidades estelares en los brazos espirales, la naturaleza de la materia oscura sigue siendo uno de los enigmas más acuciantes.

El universo es un laberinto gigante de espejos curvos. La masa de galaxias y cúmulos distorsiona la luz de quásares lejanos, como jugando con nuestra percepción del cosmos. En esta casa de los espejos se esconde la solución del mayor misterio: la energía oscura, que acelera la expansión del espacio cada vez más.

En un campo de visión del tamaño de un grano de arena sostenido cerca del ojo, se esconden cientos de galaxias, difuminadas en arcos por la acción del cúmulo masivo Abell S1063.

La luz de galaxias lejanas galaxias viaja miles de millones de años hacia nosotros, pero en el camino la invisible telaraña de materia oscura la dobla y distorsiona. Este efecto, predicho por Einstein en el marco de la relatividad general, se conoce como lente gravitacional.

La luz de una estrella lejana se intensifica por un instante cuando un objeto masivo e invisible pasa entre ella y el telescopio. Este fenómeno, el microlente gravitacional, actúa como un telescopio natural.

En la noche infinita del cosmos, las galaxias se encuentran en un lento baile gravitacional para fusionarse. Tales colisiones no son choques frontales, sino más bien el movimiento lento de los dedos a través del agua, dejando tras de sí remolinos y colas.

El gigantesco cúmulo de galaxias Abell S1063, situado a 4 mil millones de años luz, funciona no solo como una lente, sino como un pozo gravitacional del tiempo.

El universo está impregnado de masa invisible: la materia oscura, cuya existencia fue propuesta por primera vez por Fritz Zwicky en la década de 1930, al observar el movimiento de las galaxias en los cúmulos.

Un móvil infantil: las figuras cuelgan de hilos y responden a cualquier soplo. De manera similar, los planetas en órbitas muy amplias apenas son sostenidos por la gravedad de la estrella — y sienten las más leves «corrientes» gravitacionales. Los astrónomos propusieron convertir esos planetas en detectores de materia oscura.

La luz de una galaxia lejana viaja hasta nosotros a través de todo el universo, sorteando enormes acumulaciones de materia oscura y ordinaria. Su atracción curva ligeramente la trayectoria de los rayos, como si la corriente de un río rodeara rocas invisibles.

El universo crece como una metrópolis: las galaxias-rascacielos se levantan sobre un armazón invisible de materia oscura; su peso atrae el material de construcción. Mientras, la energía oscura hace que la propia ciudad se expanda sin cesar.

La materia oscura es una sustancia invisible que se manifiesta solo a través de su influencia gravitatoria: curva la luz de galaxias lejanas, como una ventana invisible que desvía los rayos.

A través de las ondulaciones del agua, las piedras en el fondo de la piscina parecen desplazadas y distorsionadas. De manera similar, la gravedad de la materia oscura invisible curva la luz de las galaxias lejanas: este fenómeno se conoce como lente gravitacional débil.

Un agujero negro no es una esfera perfectamente lisa. La teoría de Einstein permite que a su alrededor pululen «pelos» invisibles: acumulaciones de campo escalar que curvan el espacio-tiempo.

El universo a veces se parece a una olla de agua hirviendo. Con suficiente calor, el líquido se convierte en vapor: eso es una transición de fase. En el universo temprano también pudo ocurrir algo similar: un campo que llenaba el espacio cambió repentinamente de estado, como el agua que se convierte en gas.

Una piedra cae en un estanque y se forman círculos en el agua. Si en su camino se encuentra una rama que sobresale, parte de la ondulación se refleja y parte la rodea. De manera similar se comportan las ondas gravitacionales —la ondulación del propio espacio-tiempo— cuando pasan cerca de cúmulos de galaxias o agujeros negros.

El haz de una linterna se desliza sobre un vidrio irregular. El vidrio son los cúmulos masivos de galaxias, y la linterna es la luz antigua nacida poco después del Big Bang. Al pasar cerca de estos cúmulos, la luz no solo los rodea como el agua rodea una piedra.

El Universo es una enorme ciudad. La materia oscura es el armazón invisible de los edificios, y la energía oscura es la fuerza que estira las calles. Durante mucho tiempo se las consideró independientes, pero una nueva investigación las ha pillado en comunicación secreta.

Ya en la década de 1930, Fritz Zwicky notó que las velocidades de las galaxias en cúmulos eran demasiado altas para la masa visible. Más tarde, Vera Rubin confirmó esto para galaxias individuales.

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.

La galaxia es una autopista cósmica donde las estrellas, como coches, corren en círculos. Su velocidad depende de una «carga» invisible dentro de la órbita: cuanta más masa, más rápido van los vehículos de fuera.