espectro de rayos x

Doce estrellas han recibido su pasaporte de rayos X. Ahora se conoce con precisión la dosis de radiación que recibe un planeta en la zona habitable, la región donde es posible el agua líquida.

La luz que nace cuando un electrón rápido penetra en un material suele considerarse igual en todas direcciones. Pero en cristales donde las propiedades ópticas dependen de la orientación, no es así. Pasa la mano sobre el terciopelo: en un sentido es suave y brillante, en el otro, oscuro y áspero. Del mismo modo, un cristal reacciona a la luz de manera distinta según cómo esté orientado.

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.

Una esponja regada lentamente con una regadera se empapa por completo. Pero si le arrojas de golpe el mismo cubo de agua, el centro se moja y los bordes quedan casi secos. Así se comporta un material que absorbe energía de forma no lineal: cuanto más intenso es el flujo, más se queda atrapado en el punto de impacto. En este nuevo trabajo, esa imagen se convierte en un modelo mínimo.

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.

El faro a veces brilla con intensidad y a veces casi se apaga, aunque la lámpara interior arde de manera constante. Esa es la imagen que vieron los astrónomos al dirigir sus telescopios hacia la galaxia I Zwicky 1.

La materia oscura es invisible, pero su gravedad gobierna el movimiento de las galaxias. De qué está hecha es un misterio. Una idea: son partículas ultraligeras, parecidas a los axiones.

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.

La corteza de una estrella de neutrones no es una simple capa sólida. Bajo un peso de miles de millones de toneladas por cada centímetro cuadrado, los átomos pierden electrones y los núcleos restantes se ordenan en una rígida red cristalina que recuerda a un panal, pero de materia un billón de veces más densa que el acero.

Cuando la materia se calienta a millones de grados, se convierte en plasma: una mezcla de electrones libres e iones, similar a una sopa hirviendo de partículas cargadas. No se puede mirar dentro de esa «sopa» con un termómetro común, pero se puede iluminar con rayos X.

Una galaxia se parece a una tortita luminosa salpicada de estrellas. Si la miras de frente, ves todo a la vez: los brazos brillantes y las capas oscuras de polvo. Pero basta con inclinar la tortita para que la imagen cambie: las capas se superponen y la luz se mezcla.

Un haz de rayos X es un flujo de diminutas porciones de energía, los fotones. Los detectores comunes los cuentan, pero no distinguen matices: dos fotones con energía similar son iguales para ellos. El nuevo instrumento funciona como un termómetro sensible: atrapa cada fotón y mide cuánto calentó una película delgada.

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.

En el centro de la lejana galaxia MCG-6-30-15 vive un agujero negro supermasivo. A su alrededor gira un disco de gas incandescente, y sobre el disco flota una nube de partículas aún más calientes: la corona. En febrero de 2024, tres telescopios de rayos X —XRISM, NuSTAR y XMM-Newton— observaron este sistema simultáneamente.

El centro de nuestra galaxia es una cocina abarrotada donde varios guisos hierven a la vez y sus vapores se mezclan en una sola nube. Los rayos X del remanente de una estrella que explotó, del viento estelar alrededor del agujero negro supermasivo y del gas caliente entre las estrellas se superponen unos a otros.

El agujero negro MAXI J1810-222 se comporta como una aspiradora gigante, pero con válvula de retención: atrae materia y parte de ella la expulsa de vuelta al espacio. Este "flujo inverso" —el viento estelar— ya lo habían notado los astrónomos, pero solo lo veían como una mancha borrosa en rayos X.

En el centro de la Vía Láctea, entre densas nubes de gas y polvo, hay una región llamada Sagitario C. Se parece a un cruce muy transitado: aquí nacen estrellas, chocan corrientes de materia, y todo ello se ilumina con rayos X. Durante mucho tiempo, ese resplandor fue un misterio.

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.

Cuando en una estrella de neutrones se produce una explosión de rayos X, su atmósfera se calienta hasta millones de grados. La luz que captamos con los telescopios atraviesa esa densa capa de gas y, por el camino, se transforma notablemente. El espectro ya no es el de un horno perfecto: algunos colores se intensifican y otros se atenúan.

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.