Altas Energías astro-ph.HE

En el flujo de rayos cósmicos, partículas que llegan desde las profundidades de la Galaxia, el titanio es escaso. Sus núcleos son casi indistinguibles del hierro: ambos son pesados y dejan huellas similares en los detectores.

Muy por encima de la capa de hielo de la Antártida, un globo con un detector permaneció suspendido durante veinte días. Atrapó diminutas partículas que habían viajado millones de años hasta nosotros desde lejanas explosiones estelares. Ahora los científicos han analizado su captura y han contado cuánta energía portaban los protones y los núcleos de distintos elementos.

Muy por encima de la Antártida, un globo aerostático elevó un instrumento que capturaba electrones del espacio. Estas partículas llegan desde lejanas explosiones estelares y otros eventos de gran energía. El instrumento medía su energía, como si fuera la fuerza del impacto. Y en un cierto rango de energías, los impactos resultaron ser más numerosos de lo que predecían los cálculos.

En el puerto tranquilo de la Burbuja Local —una cavidad de gas caliente y enrarecido alrededor del Sol— ha retumbado recientemente una explosión. Una supernova estalló a decenas de pársecs de nosotros, y su eco aún resuena en los alrededores, alterando el panorama de los rayos cósmicos.

El globo ATIC se elevó sobre la Antártida y capturó partículas más antiguas que la propia Tierra. Entre ellas, núcleos atómicos desde azufre hasta cromo, y cuanto mayor es su energía, mayor es su proporción en comparación con el hierro.

En el flujo de partículas cargadas que nos llegan desde las profundidades de la Galaxia, el hierro resultó ser la oveja negra. El instrumento ATIC-2, elevado en un globo sobre la Antártida, comparó cómo cambia con la energía la proporción de núcleos desde el azufre hasta el cromo en relación con el hierro.

El espectro de electrones cósmicos es como las huellas dactilares en la escena del crimen. Las partículas que llegan desde las profundidades de la Galaxia llevan en sus energías las marcas de quienes las crearon. Durante mucho tiempo la imagen fue borrosa: los instrumentos con amplios intervalos de energía, como fotografías desenfocadas, no permitían ver los detalles.

Muy por encima de la Tierra vuela un satélite, y dentro de él hay un instrumento del tamaño de un armario pequeño. Atrapa partículas que han viajado durante miles de millones de años a través de la galaxia y finalmente chocan contra el detector. Estas partículas se llaman rayos cósmicos y traen noticias de lejanas explosiones estelares.

Como corredores en una larga distancia, los núcleos atómicos —desde el ligero helio hasta el pesado hierro— se precipitan hacia nosotros a través de toda la galaxia. En la meta, en el detector a bordo de un globo de gran altitud, se ve que los núcleos pesados llegan un poco más agotados que los ligeros.

Los rayos cósmicos son partículas cargadas que llegan a nosotros desde las profundidades de la Galaxia. Si trazamos una gráfica de cuántas partículas llegan con cada energía, la línea avanza recta y de repente cae bruscamente. Estos quiebres se llaman 'rodillas'.

De noche, sobre la taiga siberiana, a veces destella una débil luz azulada. No es una aurora boreal, sino una lluvia cósmica: una partícula llegada del espacio profundo choca contra la atmósfera y se desintegra en millones de partículas secundarias. Estas se precipitan hacia la Tierra en un frente amplio, como una ola que se expande al lanzar una piedra al agua, y hacen que el aire brille.

Los rayos cósmicos son núcleos atómicos acelerados a velocidades cercanas a la de la luz. Llegan a la Tierra desde todas direcciones, y por su composición podemos deducir lo que ocurre en los rincones lejanos de la Galaxia.

Cada segundo, decenas de partículas del espacio atraviesan nuestro cuerpo. La mayoría son protones ligeros, pero también hay núcleos atómicos más pesados: carbono, oxígeno, hierro. Nacen en explosiones estelares y viajan hacia la Tierra durante millones de años.

Al norte del microcuásar SS 433, en el rango de rayos X blandos, ha aparecido un arco. Débil, difuso, pero que repite obstinadamente contornos ya conocidos por las observaciones de radio. Los astrónomos estudiaron su espectro y vieron gas calentado a once millones de kelvin. Gas que no podía haber sido calentado ni por los chorros ni por el viento del disco de acreción.

Una luciérnaga emite un destello que dura una diezmilmillonésima de segundo en algún lugar sobre la taiga siberiana. Ver algo así es imposible, pero la instalación TAIGA-HiSCORE, dispersa por un valle en el distrito de Tunkinsky, en Buriatia, intentaba captar precisamente esos destellos, aunque no de insectos, sino de las profundidades del cosmos.

A 8,58 megapársecs de nosotros, la galaxia espiral M51 hace girar sus brazos, mientras el radiotelescopio VLA en su configuración más extensa la observa con una resolución de 0,16×0,14 segundos de arco. Es como si desde la Tierra pudiéramos distinguir una moneda en la superficie de la Luna.

La noche del 4 de marzo de 2024. El radiotelescopio MeerKAT, en Sudáfrica, capta un pulso de milisegundos: un estallido rápido de radio que llega desde una distancia de 17.4 gigaparsecs. Es luz que ha viajado durante 10.5 mil millones de años hasta la Tierra.

En el centro del remanente de la supernova SN 1987A, a 168 000 años luz de la Tierra, se esconde un objeto que los astrónomos llevan 37 años buscando. Es la supernova más cercana que ha explotado ante los telescopios modernos y la única cuyo remanente compacto aún no se ha podido ver directamente.

Un radiotelescopio capta una señal de unos pocos milisegundos de duración, y en ese instante se libera una energía comparable a la que el Sol emite en días. Esto es un estallido rápido de radio, un pulso de radio de milisegundos proveniente de una galaxia lejana. Desde su descubrimiento en 2007, los astrofísicos debaten qué lo produce.

En 2017, los detectores LIGO y Virgo captaron ondas gravitacionales de la fusión de dos estrellas de neutrones. Estalló una kilonova: una brillante explosión cósmica en la que, según se creía, nacen los elementos más pesados de la tabla periódica.

El 9 de octubre de 2022, el cosmos ofreció un espectáculo como los astrónomos no habían visto en toda la historia de las observaciones. El estallido de rayos gamma GRB 221009A, la explosión cósmica más potente que produce un destello de rayos gamma, cegó a los detectores en órbita y en la Tierra. Fue llamado "el más brillante de todos los tiempos".

En abril de 2023, los detectores LIGO, Virgo y KAGRA captaron una onda gravitacional procedente de la fusión de dos agujeros negros. Las masas, 137 y 103 masas solares, convirtieron al evento GW231123 en el más masivo jamás observado.

En los laboratorios de la Tierra, el condensado de Bose-Einstein se obtiene enfriando una nube de átomos hasta millonésimas de kelvin. Los átomos pierden su individualidad y se funden en una única onda cuántica que se comporta como un todo.

El 23 de noviembre de 2023, los detectores LIGO, Virgo y KAGRA captaron una onda gravitacional procedente de la fusión de dos agujeros negros con masas de 137 y 103 masas solares.

El Telescopio del Horizonte de Sucesos observa M87* y no ve solo un anillo de luz alrededor de un vacío oscuro. Esa luz está retorcida, como un sacacorchos. El frente de onda lleva una estructura helicoidal que los físicos llaman momento angular orbital.

La corteza de un magnetar se agrieta en milisegundos. Un desplazamiento profundo genera ondas sísmicas que recorren la superficie y sacuden el campo magnético.

Durante mucho tiempo, el agujero negro de la relatividad general fue considerado un espejo perfecto: sin importar qué campos incidieran sobre él, no se deformaba.

Un viento que sopla en contra de la rotación del planeta aviva la fragua de carbono. Así es la atmósfera del objeto PSR J2322-2650b, un compañero similar a Júpiter de un púlsar de milisegundos.

En una sala de justicia no siempre hay una grabación del crimen. A veces el veredicto se basa en testimonios: lo que ocurrió antes y lo que ocurrió después. Eso es exactamente lo que han hecho los físicos con la señal GW250114, detectada el 14 de enero de 2025.

Dos agujeros negros giran en una danza estrecha, y a su alrededor nace algo asombroso: una molécula gravitacional. Una nube de bosones ultraligeros, partículas con masa menor que un electronvoltio, envuelve al par como la nube electrónica en el ion H2+.

A unos 25 000 años luz de la Tierra, en la constelación de Sagitario, una densa cortina envuelve a la estrella de neutrones GX 13+1. Dispersa los fotones de rayos X como la niebla dispersa la luz de una farola, y durante mucho tiempo ha ocultado a los astrónomos la verdadera potencia de la fuente.

El 9 de octubre de 2022, los detectores terrestres registraron un estallido de rayos gamma de una fuerza sin precedentes. GRB 221009A fue tan brillante que su radiación ionizó las capas superiores de la ionosfera, y los instrumentos de los satélites quedaron temporalmente cegados.

En 1181, astrónomos chinos y japoneses registraron la aparición de una 'estrella invitada': un astro brillante que brilló durante seis meses en la constelación de Casiopea y luego desapareció. Hoy, en ese lugar se encuentra Pa 30: una nebulosa con una fuente central caliente que expulsa materia a 16 000 km/s.

El estallido de rayos gamma 230307A apareció en el cielo como un trueno: en segundos liberó más energía que el Sol en miles de millones de años. Tres detectores, GECAM-B, GECAM-C y Fermi/GBM, miraban en ese momento hacia la dirección correcta. Entre el caos de fotones gamma, un instrumento registró un ritmo durante 160 milisegundos: 909 pulsos por segundo.

En el núcleo de la lejana galaxia SDSS J1335+0728, a 2,5 mil millones de años luz de la Tierra, un agujero negro supermasivo marca el compás. Cada pocos días emite destellos en rayos X, como un metrónomo cósmico, pero en 2025 este metrónomo ha cambiado repentinamente de tempo, de allegro a andante.

En 2017, los detectores de ondas gravitacionales LIGO y Virgo captaron una ondulación del espacio-tiempo proveniente de la fusión de dos agujeros negros a 540 megapársecs de nosotros. El evento recibió el nombre de GW170814. Pero, ¿qué quedó después de esa colisión cósmica?

La colisión de dos estrellas de neutrones es un impacto que se escucha en todo el universo. Los detectores de ondas gravitacionales captan las ondulaciones del espacio-tiempo, pero el sonido más interesante comienza después del impacto: el remanente de la fusión, una estrella de neutrones hipermasiva que gira vertiginosamente, sigue vibrando y…

En 1936, dos físicos, Werner Heisenberg y Hans Euler, trabajando con las ecuaciones de la electrodinámica cuántica, descubrieron algo extraño. En un campo magnético suficientemente intenso, el vacío debería dejar de ser vacío.

Un agujero negro no es simplemente el cubo de basura del universo, sino más bien una caja fuerte con código secreto. Durante décadas se pensó que cualquier señal enviada hacia el horizonte de sucesos se refleja parcialmente: el espacio-tiempo curvo actúa como un espejo deformante y parte de la energía siempre regresa.

Durante siete horas seguidas, un telescopio espacial de rayos gamma registró destellos que no querían terminar. Así comenzó la historia de GRB 250702B, el estallido de rayos gamma más largo de la historia de las observaciones. Los estallidos típicos duran segundos, o a lo sumo minutos. Este se extendió durante 25 000 segundos, duplicando el récord anterior.