binaria de rayos X

En el centro de una galaxia, donde un agujero negro supermasivo hace girar a su alrededor un disco de gas incandescente, a veces nacen estrellas gigantes. No se parecen a las normales: el disco las alimenta continuamente con materia, y la estrella puede crecer hasta alcanzar cientos de masas solares, permaneciendo brillante mientras el flujo de gas no se agote.

El escultor modela montañas con campos magnéticos y calor, pero la piedra se resiste. Una estrella de neutrones —remanente ultradenso de una explosión de supernova— en un sistema binario transfiere materia desde su estrella compañera.

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.

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.

En una galaxia lejana, a unos 290 millones de años luz de nosotros, se esconde el objeto HLX-1. En el pasado brilló más que cientos de miles de millones de soles, pero ahora se ha calmado. De 2018 a 2022, los telescopios espaciales Hubble, Chandra y Swift siguieron su declive.

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.

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.

Un agujero negro es un lugar del que nada puede escapar. Pero algunas teorías sugieren que, en su interior, a nivel cuántico, podría rebotar y convertirse en su opuesto: un agujero blanco, que solo expulsa materia y luz. Un grupo de físicos construyó un modelo computacional de esa transformación.

En un sistema binario cercano, una estrella caliente, como un reflector, ilumina a su compañera más fría. Parte de la luz se dispersa en los electrones libres de su atmósfera —esto es dispersión Thomson— y adquiere polarización lineal.

En el centro de una galaxia lejana, un agujero negro supermasivo está rodeado por un disco plano y giratorio de gas y polvo: un embudo gigante con materia cósmica. En este disco puede encontrarse un objeto compacto pequeño, por ejemplo, otro agujero negro de masa estelar.

Una gota de helio frío pasa peligrosamente cerca de un agujero negro. Pero no es una gota cualquiera: es una estrella muerta del tamaño de la Tierra, aunque con una masa comparable a la del Sol.

En 2022, los astrónomos comenzaron a descubrir extraños faros cósmicos: los radiotransitorios de período largo. A diferencia de los rápidos púlsares, descubiertos por Jocelyn Bell Burnell en 1967, estos objetos parpadeaban con periodicidades de decenas de minutos e incluso horas.

Alrededor de una hoguera invisible gira un gas brillante. La hoguera en sí está oculta, pero su silueta se adivina por el baile de las llamas. Así es como los astrónomos "ven" los agujeros negros: no el objeto en sí, sino la materia incandescente que, antes de caer al abismo, se acelera hasta velocidades enormes y emite luz.

Muchos agujeros negros están rodeados de campos magnéticos. Al girar, el agujero arrastra consigo el espacio-tiempo curvado, como un volante de inercia de una máquina, y pone en marcha una fábrica cósmica.

Una aspiradora potente no solo succiona el polvo, sino también su propia bolsa. Algo así se comporta un agujero negro en el centro de un «punto rojo»: una galaxia lejana donde el brillo no proviene del agujero en sí, sino de su denso abrigo de gas. Ese abrigo es tan grueso que recuerda a una estrella fría hinchada.

Cuando los agujeros negros se acercan y se separan — sin fusionarse, solo rozándose con sus campos gravitacionales — se convierten en proyectiles ideales para poner a prueba las leyes de la gravedad. En campos extremos, donde la dilatación del tiempo alcanza magnitudes monstruosas, cualquier grieta en la teoría brillará con un destello cegador.

Una linterna brilla a través de una niebla espesa. La luz se dispersa en las gotas de agua y la linterna se ve borrosa. Alrededor de un agujero negro ocurre algo parecido: un gas caliente, como una niebla, lo envuelve, y los rayos X de las partes internas del disco se abren paso a través de esa nube. Solo que aquí las «gotas» son electrones, y la «niebla» en sí se llama corona.

El gas que cae hacia un agujero negro gira en espiral, como el agua en un remolino. En esa corriente, constantemente se crean y se rompen lazos magnéticos, similares a las erupciones solares, pero mucho más potentes. Cada lazo es un pequeño imán que vive su propia vida. Cuando hay muchos, empiezan a influirse mutuamente: sus polos norte y sur se atraen y se repelen.

En el centro de la Vía Láctea se oculta algo invisible pero muy masivo: aproximadamente cuatro millones de veces más pesado que el Sol. Normalmente se le llama agujero negro y se designa como Sagitario A*. Sin embargo, los astrónomos no bajan la guardia: ¿y si no fuera un agujero, sino algo más exótico, por ejemplo, una gigantesca esfera de partículas ultraligeras, una estrella de bosones?

La estrella de neutrones 4U 1735-44 engulle material de una estrella compañera. El material se arremolina formando un disco plano, como el agua que se va por el desagüe de una bañera. Pero este disco brilla en rayos X, y los astrónomos han podido medir por primera vez cuán 'peinada' está esa luz, es decir, cuán polarizada.

La luz que pasa cerca de un cuerpo masivo se desvía a su alrededor, como un flujo de coches que rodea un profundo bache en la carretera. Cuanto más empinadas son las paredes del bache, más se curva la trayectoria, y menos caminos rectos quedan hacia el observador. Así nace la sombra del agujero negro: una región de la que la luz ya no puede escapar.

El agujero negro GRS 1915+105 normalmente se esconde tras un denso telón de gas: su emisión de rayos X se ve fuertemente absorbida en el camino hacia nosotros. Pero en abril de 2023 estalló de repente: el flujo de rayos X aumentó casi diez veces.

El cielo nocturno parece inmóvil, pero a veces una de las estrellas empieza a brillar con más intensidad. Eso ocurrió con el sistema AT 2019wey: lo detectó el telescopio TESS, que normalmente busca planetas alrededor de otras estrellas, pero en esta ocasión estaba fotografiando la zona adecuada del cielo cada media hora.

Durante cincuenta años, los astrónomos no pudieron entender la naturaleza de la intensa emisión de rayos X de la estrella Gamma Cassiopeiae. Sospechaban de un compañero invisible, pero no había pruebas.

Una estrella de neutrones del tamaño de una ciudad gira treinta veces por segundo. Su campo magnético es billones de veces más intenso que el terrestre. Estas condiciones podrían generar alrededor de la estrella una nube de axiones: partículas ligeras que ningún detector ha capturado todavía, pero que explican muy bien la masa oculta del universo.

Una estrella de materia oscura es un océano invisible de partículas ultraligeras, cuya existencia sospechó Fritz Zwicky ya en los años 1930. En este océano se sumerge una estrella de neutrones — una bolita diminuta pero increíblemente pesada. La fricción con la materia oscura, como con el agua, acelera su caída hacia el centro.

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.

En 2026, en el sistema binario GS 1354-64, un agujero negro despertó: comenzó a atraer materia de su estrella compañera y a su alrededor se formó un disco incandescente.

Una piedra en el agua genera círculos; una piedra en movimiento los aplasta por delante. Este efecto, descubierto por Doppler, también se aplica a la luz: cuando la fuente se mueve, cambia su color.

El cuerpo helado Arrokoth se parece a un muñeco de nieve: dos esferas unidas entre sí. Hay muchos objetos de dos cabezas más allá de la órbita de Neptuno, en el cinturón de Kuiper. Durante mucho tiempo se pensó que se formaban por la colisión lenta de dos cuerpos separados. Una nueva simulación muestra otro camino.

En el sistema binario 4U 1700-37, la estrella supergigante masiva HD 153919 pierde material a través de un potente viento estelar. Este viento, como una corriente invisible, se precipita hacia su compañera compacta, probablemente una estrella de neutrones. Al caer, la materia se calienta a millones de grados y brilla en rayos X.

Los pares de estrellas de gran separación se parecen a dos bailarines que se toman de la mano pero están en extremos opuestos de la sala. Su vínculo es débil, y cualquier transeúnte puede separarlos. Los astrónomos encontraron 26 de estos pares y comprobaron cuán firmemente se mantienen unidos.

A veces, en el bolsillo de una chaqueta vieja encuentras una entrada de cine de hace tres años. No puedes reconstruir el momento, pero sí saber a dónde fue su dueño. Algo parecido ocurre con las subenanas calientes: estrellas diminutas en una etapa tardía de su vida que brillan sobre todo en ultravioleta. Su luz es como esa entrada: habla del pasado, pero leerla no es fácil.

Un telescopio de rayos X en órbita registró durante años cómo brillan los sistemas binarios donde una estrella normal orbita un agujero negro o una estrella de neutrones. La materia de la compañera cae sobre el objeto compacto, se calienta a millones de grados y emite rayos X.

En un rincón oscuro de la Vía Láctea funciona un metrónomo natural. Cada 8196 segundos, aproximadamente 2 horas y 16 minutos, la superficie de una estrella de neutrones emite un destello de rayos X. La estrella EP J171159.4-333253 atrae gas de su estrella vecina, y ese gas, al caer, se acumula en su superficie.

Durante trece años seguidos, el observatorio espacial Swift registró la «respiración» de rayos X del púlsar GX 301-2. Cada pocos minutos, el instrumento BAT medía cuánta radiación dura llegaba de esta pareja: una estrella de neutrones y su masiva compañera. Si se superponen todos los registros en una sola gráfica, no se ve una línea plana, sino ondas: el brillo sube y baja.

En la década de 2010, los astrónomos notaron algo sorprendente: los agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias, a pesar de la enorme diferencia en tamaño y brillo, se alinean en una línea recta si se representa gráficamente la relación entre su emisión en el rango de los milímetros, su radiación de rayos X y su masa.

Los estallidos de rayos gamma cortos son explosiones colosales que en fracciones de segundo liberan una energía comparable a la que nuestro Sol emitirá en miles de millones de años.