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En el sótano del laboratorio zumba un imán de 8 teslas. Dentro, como una campana en un campanario, cuelga un cilindro hueco de cobre afinado a una única nota. Si un axión, partícula de materia oscura, pasara cerca, el cilindro respondería con un débil tañido.

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 haz de un microscopio electrónico normalmente viaja en el vacío, como un mensajero por una autopista vacía. Cualquier molécula de aire es para él un bache que lo hace saltar y perder la dirección. Por eso antes, para examinar una muestra, había que congelarla, secarla o recubrirla de metal, y aun así solo se podía observar en vacío.

El bosque nocturno está lleno de luciérnagas, pero antes solo veíamos las que por casualidad se cruzaban con el haz de nuestra linterna. Así ocurría con las fuentes ultraluminosas de rayos X: puntos en otras galaxias que brillan en rayos X más de lo que podría emitir de forma estable un agujero negro de masa estelar.

Los rayos gamma son la luz más energética del universo. Pero una parte de ellos, de energía intermedia, permaneció invisible durante mucho tiempo: los instrumentos no podían captarlos, y en el cielo quedaba un vacío. Los científicos lo llaman el 'hueco del MeV', por la unidad de energía que transportan estos rayos.

El cielo nocturno está lleno de luces engañosas. Los astrónomos buscaban galaxias que se encendieron en los primeros cientos de millones de años después del Big Bang; su luz ha viajado hacia nosotros durante casi 13 mil millones de años. Seis tenues manchas fueron seleccionadas a partir de imágenes de los telescopios espaciales Hubble y Spitzer.

El haz de un sincrotrón es como un chorro de agua de una manguera: ancho e incómodo para trabajos de precisión. Para examinar una muestra diminuta se necesita una aguja fina, no una manguera.

El universo se asemeja a un enorme andamiaje invisible. No lo vemos directamente, pero sabemos que existe: las galaxias y los cúmulos se mantienen unidos gracias a él. Ese andamiaje es la materia oscura. La versión más popular sostiene que es "fría" y está compuesta por partículas pesadas y lentas.

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.

Cuatro trazos débiles en una imagen: eso es todo lo que ve un astrónomo. Como un escultor que reconstruye la forma de un vidrio invisible a partir de cuatro sombras.

En el corazón de la enorme galaxia Hidra A hay un hervidero de actividad. El agujero negro supermasivo expulsa dos potentes chorros de plasma, los jets. Estos perforan la nube circundante de gas sobrecalentado e hinchan en ella burbujas gigantes.

El dicroísmo circular magnético de rayos X es una herramienta precisa que desde hace tiempo permite separar los momentos magnéticos de espín y orbitales. Sin embargo, el enfoque clásico se asemeja a evaluar una orquesta por el volumen: se basa en reglas de suma que reducen toda la estructura fina del espectro a un par de integrales.

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.

Una estrella diminuta orbita alrededor de un agujero negro gigante en rotación. Poco a poco se acerca en espiral, y esta danza dura miles de años. Durante todo ese tiempo, ondas se propagan por el espacio, como círculos en el agua, solo que estas son ondas gravitacionales. Se pueden "escuchar" con detectores especiales.

Un potente láser golpea un diamante como un martillo de forja, pero el yunque es la propia materia. El impacto dura un instante, pero genera una presión un millón de veces superior a la atmosférica. Los físicos han soñado durante mucho tiempo con asomarse a ese instante y ver cómo los átomos se reorganizan bajo la embestida.

Una manguera contra incendios golpea un ventisquero. El agua no solo empuja la nieve: en el punto de impacto se producen salpicaduras, vapor y estruendo. De manera similar se comportan los chorros — estrechos haces de materia que salen de las cercanías de un agujero negro a gran velocidad.

Una moneda diminuta orbita alrededor de una pesada bola de bolos. La moneda es un pequeño agujero negro o una estrella de neutrones, y la bola es un agujero negro supermasivo en el centro de una galaxia.

En la galaxia NGC 3583, los telescopios detectaron una extraña fuente de rayos X: a veces destella y otras casi se apaga. Al descomponer su luz en espectros (un arcoíris de energías), los astrónomos encontraron en él una estrecha caída oscura, como una única nota arrancada de un acorde.

Una ciudad gigante de miles de galaxias está envuelta en una nube invisible de gas ardiente. Ese gas es como el aire de una habitación: puede estar en calma o agitarse con corrientes.

Escuchar el cosmos significa armarse de paciencia y afinar el oído. Los astrónomos eligieron para ello el instrumento de baja frecuencia más sensible: el conjunto de antenas OVRO-LWA, 352 antenas dipolo dispersas a lo largo de dos kilómetros y medio en el desierto de California.

Una estrella de neutrones es una ciudad del tamaño de Manhattan comprimida hasta tal densidad que una cucharadita de su materia pesa como el monte Everest. Para entender de qué está hecha por dentro, los científicos miden su radio. Pero hay un problema: muchas mediciones adolecen de errores sistemáticos, como si intentaras medir la altura de una persona que no deja de moverse e inclinarse.

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.

Cuando un planeta pasa por delante del borde de su estrella, la estrella ilumina su atmósfera, igual que el sol del atardecer resalta las nubes sobre el horizonte. Ese breve instante, que dura apenas unos minutos, lleva la huella de los gases a través de los cuales ha pasado la luz estelar.

El haz de una linterna dirigido a través de un vidrio esmerilado se convierte en una mancha difusa con cada milímetro adicional de grosor. Algo similar ocurre con los centelleadores: materiales que convierten los rayos X en luz visible. Son la base de las imágenes médicas, la inspección de equipaje y los detectores en aceleradores.

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.

El viento solar —una corriente de partículas cargadas proveniente del Sol— choca contra el tenue gas que llena el espacio entre las estrellas. En la colisión nace un débil resplandor de rayos X. Para los astrónomos es como una neblina frente a los faros: les impide distinguir objetos lejanos.

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.

Un puñado de monedas se acelera hasta una quinta parte de la velocidad de la luz. Así serán las sondas interestelares Coracle: unos aparatos diminutos de unos pocos gramos, cada uno con una finísima película de vela. Las empuja un potente rayo láser: la luz presiona la vela como el viento hincha las velas de un yate, solo que en lugar de aire hay un flujo de fotones.

La roca cálida y la arena fría se enfrían de manera distinta por la noche. Un instrumento en órbita alrededor de Marte mide ese calor, y con él se puede saber de qué está hecha la superficie: polvo suelto, costra densa o roca. Pero las imágenes térmicas tienen una resolución de 100 metros por punto: un estadio de fútbol entero cabe en un solo píxel.

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 corazón mismo de la Vía Láctea, algo brilla continuamente en rayos gamma. Es una luz especial, con una energía de exactamente 511 mil electronvoltios. Esa energía surge cuando un electrón se encuentra con su antipartícula, un positrón, y ambos desaparecen dejando un destello de luz.

El análisis de fluorescencia de rayos X convencional funciona como un escriba meticuloso: para conocer la composición de un cuadro, recorre cada centímetro cuadrado y anota en su registro si hay plomo o cobre. Para una lámina plana es tolerable, pero para un objeto volumétrico es un suplicio.

Un flash fotográfico normal se congela en centésimas de segundo, pero para los átomos eso es una eternidad. Dentro de las moléculas, los electrones saltan en attosegundos: milmillonésimas de milmillonésima de segundo. Para capturar algo así se necesita un pulso de luz más corto que el propio evento.

La luz de estrellas lejanas viaja millones de años, pero los rayos X no se pueden capturar con vidrio ordinario: lo atraviesan como una bala atraviesa el papel. Por eso, los telescopios de rayos X necesitan lentes especiales: pilas de prismas diminutos que desvían suavemente los rayos y los concentran en un solo punto.

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.

En los primeros cientos de millones de años después del Big Bang, el cosmos parecía un ruidoso club de adolescentes: las galaxias estallaban, chocaban y formaban estrellas por cientos. Pero en medio de ese bullicio, el telescopio James Webb ha vislumbrado algo extraño: barrios enteros de 'jubilados' silenciosos.

Cuando un exoplaneta eclipsa momentáneamente su estrella, la luz estelar atraviesa su atmósfera y absorbe su sabor químico. Esta técnica —el método de tránsito— es la esencia del telescopio James Webb.

Tras la muerte de una estrella masiva, se produce una explosión de supernova tan potente que un solo destello brilla más que toda una galaxia. En ese fuego nacen miles de millones de axiones, partículas invisibles que apenas dejan rastro. Cada segundo, billones de estas diminutas partículas atraviesan nuestro cuerpo sin que nos demos cuenta.