El Universo invisible para los terrícolas: la Astrofísica de rayos-X

Desde que en 1895 Wilhelm Röntgen descubriera en su laboratorio de Alemania una desconocida "radiación-X", se formuló la pregunta de si esta luz tan energética estaría presente en el resto del Universo. Pregunta difícil de responder, ya que la atmósfera terrestre, cuya agua es opaca a los rayos-X, no deja pasar esta radiación hasta la superficie de la Tierra. Bastante conveniente para la vida en el planeta, pero no tan ventajoso para nosotros, los astrofísicos. Solo tras el gran desarrollo tecnológico producido durante la Segunda Guerra Mundial fue posible empezar la exploración. En los años 50 se lanzaron los primeros cohetes al espacio exterior transportando detectores de rayos-X. En 1962, el instrumento a bordo de un cohete Aerobee detectó un objeto extremadamente brillante proveniente de la constelación de Escorpio, Scorpius X-1: la primera fuente de rayos-X observada más allá de nuestro Sistema Solar. Había nacido la Astronomía de rayos-X. Como abrir una ventana a un Universo desconocido, la Astronomía de rayos-X dio lugar a nuevos campos de estudio que hasta el momento habían sido inaccesibles y confirmó, en muchas ocasiones, lo que antes solo habían sido teorías sobre papel.

Scorpius X-1 fue, de hecho, la primera estrella de neutrones detectada en rayos-X. Hoy, 50 años después, se conocen más de 1300 de estas fuentes. Las estrellas de neutrones son los "cadáveres" que dejan las estrellas masivas tras morir formando espectacularessupernovas. El núcleo de la estrella colapsa desenfrenadamente debido a la fuerza gravitatoria. Esta es tal que incluso dentro de los átomos los electrones son aplastados contra los núcleos, fusionándose con ellos y formando neutrones. El resultado es una masa un poco mayor que la del Sol concentrada en una esfera muy pequeña, de diámetro comparable al tamaño de la isla de La Gomera. Estas estrellas de neutrones son los objetos más densos que se conocen en el Universo. Todo en ellas es extremo. Si tomáramos una cucharita de material de una estrella de neutrones, esta pesaría 500 millones de toneladas: la masa de toda la humanidad concentrada en una cucharilla de café. Debido a la gravedad extrema, las montañas más altas en la superficie de una estrella de neutrones tienen la vertiginosa altura de 5 milímetros y si dejáramos caer un objeto desde un metro de altura, al llegar a la superficie habría alcanzado una velocidad de 7 200 000 km/h. Por si fuera poco, estas fuentes rotan muy rápido, hasta 1200 veces por segundo. Y tienen unos campos magnéticos 1 millón de veces más intensos que los que podemos producir en nuestros laboratorios más sofisticados.

Las estrellas de neutrones son, pues, laboratorios únicos, tanto para comprobar nuestras teorías como para incluso, quizás, descubrir una nueva Física. Tienen un papel vital en el avance de nuestro conocimiento, no solo en el campo de la Astrofísica sino también en la Física fundamental.

En el Instituto de Astrofísica de Canarias me dedico a estudiar estas fuentes haciendo uso de los observatorios de rayos-X actualmente en órbita, como Chandra, XMM-Newton o Swift, entre otros. Al contrario que mis colegas astrónomos del rango del visible, que tienen que ir a la montaña y pasar la noche en los telescopios para obtener sus observaciones, mi labor para obtener mis datos de rayos-X consiste en, una vez que el satélite ha hecho su trabajo, ir a la correspondiente página web y clicar "download" ("descarga" en inglés). Tras unos minutos, ya tengo los datos en mi disco duro. Muy poco romántico. Sin embargo, esto se compensa con la mezcla de emoción, nervios y entusiasmo que se vive cuando se lanza un nuevo observatorio espacial a órbita: ¡que el cohete no estalle, que los instrumentos no fallen, que las comunicaciones funcionen! A diferencia de los telescopios aquí en tierra, la única solución para un "tornillo" un poco suelto en un observatorio en órbita es mandar un cohete con Matt Damon destornillador en mano.

Uno de mis últimos "download" ha servido para estudiar la estrella de neutrones 4U 1608-52 junto con mis colegas de la Universidad de Kyoto. Esta forma parte de un sistema binario donde, debido a su gran fuerza gravitatoria, devora material de una desafortunada estrella cercana que la acompaña. La gran energía que se libera durante este proceso de acreción hace que estos sistemas sean extremadamente brillantes en rayos-X. Gracias a los datos de la misión japonesa Suzaku pudimos hacer un estudio exhaustivo sin precedentes de la geometría del sistema y cómo esta cambia al variar la intensidad con la que la estrella de neutrones engulle el material de su vecina. Encontramos que, cuando el ritmo de acreción es elevado, la luz emitida en las cercanías de la superficie de la estrella de neutrones es dispersada por una corona de electrones muy calientes. De este modo, y tras años de debates, nuestros resultados apoyan claramente la idea de que la física de acreción de estos sistemas es muy similar a la de otros donde el objeto caníbal es un agujero negro, permitiendo una comparación directa con ellos y posiblemente con sus hermanos supermasivos situados en el centro de cada galaxia.