pulso de rayos X

El púlsar PSR J0614-3329 da 318 vueltas por segundo. Un punto en su ecuador vuela a unos 10% de la velocidad de la luz. Visto desde fuera, la estrella parece un faro que gira tan rápido que su haz se funde en un anillo continuo.

Las ondas de radio de un púlsar lejano atraviesan el medio interestelar y, en su camino, se topan con estructuras magnéticas invisibles del tamaño de la distancia entre el Sol y la Tierra.

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.

De noche, en la orilla, hay un faro. Su lámpara permanece apagada casi todo el tiempo, pero cada pocos días, durante una fracción de segundo, emite un destello tan intenso que se ve más allá del horizonte.

Cuando un rayo láser incide en un gas, arranca electrones de los átomos y los acelera hasta casi la velocidad de la luz. Estos electrones, al atravesar el plasma, emiten rayos X, como una estela luminosa dejada por una partícula veloz.

El tirador apunta al blanco, aprieta el gatillo y escucha dos disparos: uno fuerte, otro suave. Así funciona la nueva instalación, solo que en lugar de balas hay un grupo de electrones, y en lugar de disparos, dos destellos de luz. Uno es de rayos X, el otro es terahercio. Vuelan hacia el mismo punto con un intervalo perfecto.

Un faro no parpadea de manera uniforme, sino con impulsos brillantes y cortos. La estrella de neutrones en el sistema 4U 1323-62 es un faro de este tipo en el rango de los rayos X. Atrae gas de su estrella vecina y, cuando se acumula suficiente materia en su superficie, se produce una explosión termonuclear: un destello de rayos X.

Un faro se enciende durante una fracción de segundo y se apaga de nuevo. Tales destellos en el rango de radio son captados por el telescopio MeerKAT en Sudáfrica. Durante el tiempo de observación, ha detectado 27 nuevas fuentes que nadie había visto antes.

La luz de un faro lejano no se apaga de inmediato: primero brilla intensamente y luego se desvanece lentamente en la oscuridad. Así se comporta el púlsar de rayos X 4U 0115+63, una estrella de neutrones que se enciende de vez en cuando cuando el gas de una estrella compañera cae sobre ella.

Los púlsares son estrellas de neutrones que giran rápidamente y emiten pulsos de radio como un faro. Pero algunos permanecen en silencio casi todo el tiempo, y solo de vez en cuando lanzan un pulso solitario. A estos objetos se les llama radiotransitorios rotantes (RRAT). Se descubrieron hace casi veinte años, pero siguen siendo un misterio.

El púlsar PSR J1740+1000 es una estrella del tamaño de una ciudad que gira más rápido que una batidora de cocina. Tras la explosión de una supernova, quedó un núcleo denso que acelera partículas hasta 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.

En el Sol se producen continuamente impactos — la reconexión magnética en el plasma libera energía, haciendo que la corona estalle. Tras cada impacto, en los bucles de plasma resuenan ondas magnetohidrodinámicas durante largo tiempo — como el tañido decreciente de una campana.

Durante más de un siglo, los astrónomos se han devanado los sesos con el caprichoso comportamiento de las estrellas de tipo RR Lyrae: su brillo crece y decrece periódicamente con una amplitud impredecible, como un faro con un mecanismo estropeado. El efecto Blazhko, descubierto en 1907, desafió a los científicos durante décadas.

Una cascada que no se calienta al caer, sino que se congela: así se comporta el gas que fluye hacia una estrella de neutrones en un púlsar de rayos X cuando la estrella brilla débilmente. Normalmente, la materia que cae se calienta hasta el blanco, pero un nuevo estudio muestra lo contrario.

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.

En 1967 los astrónomos captaron la primera señal de radio de un lejano faro cósmico: un púlsar. Desde entonces se han descubierto miles de estos restos estelares, que cortan el espacio con haces, como una ráfaga de revólver. Pero los lentos radiotransientes recién descubiertos, como PSR J0901-4046 con 75.9 segundos, ponen en duda esta imagen ordenada.

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.

Las estrellas de neutrones, nacidas en el fuego de las supernovas, no dejan de sorprender incluso casi un siglo después de su predicción.

Una estrella masiva no se apaga simplemente: explota como supernova, dejando un remanente en expansión y una estrella de neutrones que gira frenéticamente: un púlsar. En esta tormenta cósmica nacen patrones asombrosos, y el sistema «Nimbo»-«Trueno» es su deslumbrante ejemplo.

Un cable de teléfono muy retorcido se revienta y chispea. Así se comportan los campos magnéticos en el Sol: se retuercen, se rompen y se reconectan, alimentando las erupciones. Los astrónomos vieron este proceso directamente por primera vez. Un lazo estaba retorcido 540 grados — una vuelta completa y media más. Esto es tres veces más de lo que se creía posible.

Un radiotelescopio no es simplemente una antena, sino una máquina computacional que construye imágenes a partir de millones de ecuaciones. Este prisma matemático es tan frágil como el vidrio: un solo dígito incorrecto en la calibración y el cielo real se desdobla, generando fuentes fantasmales.

Una linterna común ilumina por igual hacia adelante y hacia atrás. Pero en los cristales magnéticos nace un axión, una excitación fantasma parecida a una ola en un estadio: los átomos se pasan entre sí un impulso magnético.

Ya Jocelyn Bell Burnell, quien registró por primera vez la estricta periodicidad de las señales de radio, notó que algunos pulsos desaparecían repentinamente. Hoy sabemos que la variabilidad no es un capricho, sino la voz de una electrodinámica compleja.

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.

Desde su descubrimiento en 2007, los estallidos rápidos de radio (FRB) provocan a los astrofísicos con su naturaleza esquiva. Estas señales de milisegundos provienen de lejanas galaxias y transportan una energía colosal: en un instante emiten tanta como el Sol en un mes.

Una farola parpadea cuando alguien pasa por delante. Algo parecido hace la estrella más cercana a nosotros, Próxima Centauri: se enciende en respuesta al movimiento de sus planetas. Los astrónomos observaron esta estrella con un instrumento muy sensible, el espectrógrafo ESPRESSO. Este capta la luz y la descompone en colores, como un prisma.

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.

El primer exoplaneta se descubrió cerca de un inusual faro cósmico: una estrella de neutrones conocida como púlsar. Estos restos superdensos de estrellas muertas giran a velocidades enormes y emiten pulsos de radio muy precisos.

El faro parpadea estrictamente una vez por segundo. Si se mueve en círculo, sus destellos llegan unas veces un poco antes y otras un poco después, delatando a un compañero invisible. Así es como los astrónomos han desenmascarado al compañero oculto de la estrella IY Lyrae. IY Lyrae es una estrella variable pulsante en el disco grueso de la Galaxia.

Un faro que cambia de color en cada destello al compás de su rotación: así se podría describir lo que vieron los astrónomos al apuntar el telescopio de rayos X más avanzado, XRISM, al púlsar Hércules X-1. Este objeto es una estrella de neutrones que arranca materia de una estrella normal vecina.

En las profundidades del cosmos, una estrella de neutrones que gira rápidamente, un púlsar apodado Faro, se desplaza a toda velocidad a través del gas enrarecido. Como una lancha que corta el agua, deja tras de sí una estela luminosa de partículas cargadas.

Dos estrellas de neutrones son los restos superdensos de astros muertos, cada una del tamaño de una ciudad pero más masiva que el Sol. Ya en 1934, su existencia fue predicha por Fritz Zwicky. Una cucharadita de esa materia pesaría miles de millones de toneladas.

Cuando dos agujeros negros supermasivos giran uno alrededor del otro antes de fusionarse, sacuden el propio espacio, como una lancha que surca un lago dejando estelas a su paso. Estas ondas se llaman gravitacionales. Viajan a través del universo y atraviesan todo, incluso la Tierra.

Una mancha solar —una isla oscura en la superficie abrasadora— respira. Cada tres minutos, una onda se desprende de ella, recorre un arco magnético invisible y hace que el plasma sobre la mancha vecina emita una ráfaga de radio. Siete de estas ráfagas consecutivas fueron captadas por radiotelescopios el 14 de febrero de 2024.

Una llamarada solar es como una goma elástica gigante que se retuerce y se suelta. Las líneas magnéticas del Sol se entrelazan, se rompen y se vuelven a conectar: este proceso se llama reconexión magnética.

El cielo nocturno parece tranquilo, pero si uno escucha en la banda de radio, está lleno de chasquidos y crujidos breves. Los astrónomos peinan el cielo en busca de pulsos de radio aislados: destellos de milisegundos que llegan desde distintos rincones de la Galaxia y más allá.

El faro de la Nebulosa del Cangrejo parpadea treinta veces por segundo. Es un púlsar: una estrella muerta que, al girar, lanza estrechos haces de luz, y la Tierra cae en ellos como un barco en el haz de un faro. Este faro tiene dos haces: el pulso principal y el interpulso.

Cuando el agua hierve en una tetera, ondas de vapor se expanden por la cocina. En el espacio ocurre un proceso similar en el plasma, un gas tan caliente que los electrones se separan de los átomos. Alrededor de los agujeros negros y las estrellas de neutrones, este plasma no solo es caliente: las partículas se mueven a casi la velocidad de la luz.