polarización de rayos x

El intérprete en la sala de reuniones percibe el cambio de tono antes de que se manifieste en voz alta. Capta cambios sutiles en la respiración, las pausas y la entonación, y ya sabe que en unos minutos la conversación subirá de tono.

Un globo terráqueo está sobre la mesa y una regla descansa a su lado: uno es curvo, la otra es recta. Los telescopios de rayos X han vivido con esta discrepancia durante años. Sus espejos concentran la luz sobre una superficie curva, como el globo, mientras que los detectores que capturan esa luz eran planos, como la regla.

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.

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.

Una linterna común emite luz cuyas ondas oscilan en todas las direcciones a la vez. Pero si se hace pasar la luz por un filtro especial, se obtiene un haz que oscila estrictamente en un solo plano: eso es la luz polarizada. Cuando este haz atraviesa un tejido biológico, la estructura interna de este modifica ligeramente la orientación de las oscilaciones.

Noche en La Palma. El telescopio de 4,2 metros William Herschel apunta a Venus. En el foco, un polarímetro experimental llamado ExPo, diseñado para capturar la luz fantasma de exoplanetas.

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.

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.

Dos micrófonos sensibles escuchan el universo. Uno oye un zumbido grave, el otro casi nada. No es que estén averiados, sino cómo están orientados. Los observatorios de ondas gravitacionales como LIGO no solo captan los estallidos fuertes de las fusiones de agujeros negros.

Un microscopio ordinario es inútil cuando se trata de observar un virus individual con todo detalle. Es demasiado pequeño. Pero existe una herramienta que emite destellos miles de millones de veces más brillantes que la luz solar: el láser de rayos X de electrones libres.

Los detectores de rayos X funcionan como un panal de abejas: en las celdas hexagonales, partículas brotan aquí y allá. Los algoritmos convencionales estiran estos panales sobre una cuadrícula cuadrada, lo que genera falsos fantasmas de polarización.

Una piedra cae en un estanque y se forman ondas concéntricas en el agua. Pero una de las ondas, en lugar de expandirse, se adhiere a un pliegue invisible en la superficie y solo viaja a lo largo de él. Algo parecido han descubierto los físicos al recalcular el encuentro de la luz con una pared de dominio axiónica: una región estrecha donde el campo cambia de signo, como una cadena montañosa que separa dos laderas.

Una peonza que gira tan rápido que hace que la luz a su alrededor se enrolle en espirales: una imagen acertada de lo que ocurre cerca del horizonte de un agujero negro. El plasma incandescente cae en él y emite ondas de radio. Su polarización (el plano en el que oscila la onda) se convierte en una flecha que señala la dirección del flujo de energía.

Las gigantes rojas son estrellas envejecidas e hinchadas. En su interior bulle un océano de plasma: el calor se abre paso desde el núcleo hacia la superficie, generando ondas parecidas a un potente oleaje. El campo magnético dentro de la estrella actúa como un relieve submarino invisible: dirige esas ondas, modifica su altura y velocidad.

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.

Las ondas gravitacionales son el temblor del propio espacio-tiempo. Normalmente solo captamos su zumbido general, pero cada onda también tiene una dirección de oscilación: la polarización. Los mapas antiguos se construían solo con la intensidad de la señal, lo que provocaba errores.

Diminutas balas invisibles atraviesan el Sol de lado a lado, casi sin notar su materia. Son los axiones: partículas hipotéticas tan ligeras y escurridizas que se comparan con fantasmas.

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.

Las ondas de radio de un estallido de rayos gamma —la muerte de una estrella masiva que por un instante eclipsa a su galaxia— nos llegan polarizadas, oscilando en un solo plano, como la aguja de una brújula inmovilizada en un campo magnético. Los astrónomos han leído por primera vez las indicaciones de esta aguja cósmica.

Una pareja de patinadores gira tomados de la mano. Si la trayectoria es un círculo perfecto, cada empujón del compañero es predecible. Pero si se alarga hasta convertirla en un óvalo, los esfuerzos se vuelven desiguales: al acercarse, un tirón; al alejarse, una pausa. Más o menos así se comportan dos agujeros negros en los últimos minutos antes de fusionarse.

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.

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.

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.

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.

Una estrella de neutrones es el núcleo comprimido de una estrella muerta, un objeto del tamaño de una ciudad pero de densidad monstruosa. Algunas de estas estrellas se convierten en púlsares, faros cósmicos que emiten pulsos de radiación estrictamente periódicos.

Una olla con agua hirviendo sobre la estufa: cuanto más fuerte es el fuego, más caliente está el agua y más vapor escapa. Algo similar ocurre con el gas caliente en los cúmulos de galaxias. Pero en los grupos pequeños de galaxias, ese "vapor" se escapa más rápido de lo que cabría esperar según la temperatura.

Las fibras en compuestos, papel o tejidos biológicos suelen estar ocultas a la vista, pero su orientación determina la resistencia y las propiedades del material. Antes, para ver las direcciones de las fibras, había que tomar muchas imágenes desde ángulos distintos y reconstruir una imagen tridimensional, como si se cortara una barra de pan en rodajas finas.

La luz de un láser es como una fila perfectamente alineada de soldados en un desfile: todas las ondas oscilan en el mismo plano. Esa luz se llama polarizada. En el nuevo trabajo, los físicos obtuvieron por primera vez rayos gamma polarizados al hacer colisionar electrones con un potente pulso láser.

Un gigantesco embudo en el espacio aspira gas del entorno. Parte de ese gas no cae hacia el interior, sino que es expulsado de vuelta, como salpicaduras de agua hirviendo.

El agujero negro Cygnus X-1 es uno de los más estudiados de nuestra galaxia. Está en un sistema binario con una estrella normal y le arranca materia. El gas se arremolina en un disco brillante, como el agua en un remolino, y sobre el disco flota una corona sobrecalentada: una nube de electrones a temperaturas de cientos de millones de grados.

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 neutrones es una ciudad del tamaño de una metrópolis comprimida hasta las dimensiones de un pequeño asteroide. A su alrededor hierve un plasma —un gas de partículas cargadas— a través del cual corren ondas como ondas en la superficie de un estanque. Hay tres tipos de ondas: de Alfvén (A), ordinarias (O) y extraordinarias (X).

Si acercas un clavo de hierro a un imán, se sentirá atraído. Dentro del imán, las diminutas agujas magnéticas de los átomos apuntan en la misma dirección, como soldados en formación. Pero en algunos cristales la formación es diferente: las agujas vecinas apuntan en direcciones opuestas. Ese orden se llama altermagnetismo y es difícil de ver directamente.

El Sol no es una esfera tranquila. En su interior no dejan de viajar ondas, como en una campana después del golpe. Esas oscilaciones afloran a la superficie y delatan lo que ocurre en la cara oculta, invisible. Los astrónomos llevan tiempo sabiendo «escuchar» ese tañido y localizar grandes grupos de manchas.

El púlsar de rayos X Centaurus X-3 es una estrella de neutrones que gira rápidamente y emite pulsos de luz de rayos X, como un faro. Los científicos apuntaron hacia él tres telescopios espaciales y estudiaron la polarización de la radiación, es decir, cómo oscila el campo eléctrico de la onda de luz.

El agujero negro GS 1354-64, en la constelación de la Mosca, despertó en 2025 y comenzó a atraer vorazmente material de su estrella compañera. El telescopio de rayos X IXPE, en órbita, lo sorprendió en un momento poco común: el estallido ya había amainado, pero el sistema aún no se había calmado.

El radiotelescopio VLA ha estado observando la nebulosa del Bumerán, una nube inflada por el viento de una estrella de neutrones que gira rápidamente. En las nuevas imágenes han aparecido detalles del tamaño de un disco lunar en el cielo: un núcleo alargado alrededor del púlsar y un largo arco que lo rodea por el norte.

En la oscura nube L43, donde nacen las estrellas, las partículas de polvo giran como pequeñas brújulas. La luz de una estrella joven las empuja, y el campo magnético las alinea en una dirección concreta. Cuando un grano de polvo está orientado de lado, su calor nos llega polarizado, como la luz que atraviesa una rendija estrecha.

La luz de la estrella HD 163296 atraviesa el disco de gas y polvo que la rodea, como el haz de una linterna a través de agua turbia. Las partículas del disco dispersan la luz y esta adquiere una propiedad especial: la polarización. Las ondas comienzan a oscilar en un solo plano, como una cuerda que se agita estrictamente hacia arriba y hacia abajo.