Hace mucho, mucho tiempo, una nube de estrellas rodeaba un agujero negro del tamaño de una galaxia, a una distancia segura. Luego, hace unos 200 millones de años, un miembro de la nube chocó con otro, una estrella del tamaño del Sol, y la envió hacia el agujero negro. El agujero negro era un millón de veces más masivo que la estrella del tamaño del Sol, y su atracción gravitacional era proporcionalmente más fuerte, por lo que la estrella se acercaba cada vez más, hasta que se acercó demasiado. Parte del gas de la estrella fue arrastrado hacia una corriente en órbita alrededor del agujero negro que se ensanchó hasta formar una torta plana llamada disco de acreción. El resto de la estrella se deshizo en un repentino y gran destello de luz.
El 19 de septiembre de 2019, poco antes del mediodía, el destello alcanzó el espejo de 1,2 metros de la instalación transitoria de Zwicky en el sur de California. Los astrónomos llamaron al destello AT2019qiz y notaron que no lo habían visto tres días antes. El 25 de septiembre de 2019, el telescopio Keck I de 10 metros en Hawái identificó AT2019qiz como un evento de alteración de marea, un brote que ocurre cuando las mareas gravitacionales de un agujero negro destrozan un objeto pequeño. La estrella del tamaño del sol explotó con 10 mil millones de veces la luminosidad del sol.
Pero AT2019qiz aún no estaba terminado. Una estrella completamente ajena, tal vez de la misma nube, estaba en una órbita que cruzaba el disco recién creado de AT2019qiz. Cada vez que esta otra estrella chocaba contra el disco, destellaba, aunque con menos brillo que la estrella original, separada. En diciembre de 2023, el brillo de AT2019qiz (ahora el nombre de la estrella rota, el disco de acreción y la estrella en llamas que chocó contra ellos) alcanzó su punto máximo, se atenuó y luego volvió a dispararse, un patrón que se repitió nueve veces. Cada destello marcó un paso del intruso a través del disco, lo que ocurría cada 48 horas. Entre 2019 y 2024, los astrónomos observaron AT2019qiz con telescopios terrestres y espaciales, en longitudes de onda que van desde rayos X hasta ultravioleta, óptica e infrarroja. Los datos de múltiples telescopios y múltiples longitudes de onda confirmaron en conjunto que AT2019qiz fue primero un evento de alteración de las mareas y luego una “erupción cuasi periódica”. Ambos son ejemplos de fenómenos que los astrónomos llaman transitorios. Ambos implicaron una violencia indescriptible a escalas sobrenaturales. Ninguno de los dos podría haber sido identificado hace 20 años.
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Los transitorios, que son objetos astronómicos que aparecen repentinamente de la nada y generalmente desaparecen poco después, contradicen la verdad estándar de que el universo cambia de manera predecible y lenta a lo largo de miles de millones de años. Incluyen lo que la típicamente seria Academia Nacional de Ciencias llamó “los eventos más catastróficos en el espacio-tiempo”. Son objetos de tamaño astronómico que cambian en escalas de tiempo humanas (en segundos, horas, días), lo cual es una combinación de tamaño y velocidad que parece imposible. Si no los observáramos, dice el astrónomo Vikram Ravi del Instituto de Tecnología de California, "nunca sabríamos que la física permite que existan estas cosas".
Pero la física dice que todo lo que no está prohibido, tarde o temprano y con cierta probabilidad, sucederá. Y los astrónomos, al notar estas cosas improbables y sabiendo que nada es único, comenzaron a encontrar muchas más, todas en los confines de la física. Entre 1976 y 2012, el número de transitorios incluidos en el servidor de nombres de transitorios oficial de la Unión Astronómica Internacional fue de alrededor de cinco cada año. Entre 2013 y 2015, ese número saltó a aproximadamente 100. Desde 2019, los científicos han visto aproximadamente 20.000 al año. Al cierre de esta edición, el total era de 175.953 transitorios. Si trazas este ascenso, parece una cola larga con un elefante adherido.
El crecimiento ha sido el resultado de un gran número de estudios astronómicos, la mayoría aún en curso, "aspirando todo el cielo", dice el físico experimental Christopher Stubbs de la Universidad de Harvard. Por ejemplo, la instalación de tránsito de Zwicky, que inició el aumento de las detecciones en 2019, escanea todo el cielo del norte cada dos noches y compara las imágenes de cada tarde con las tomadas dos noches antes. Y el Observatorio Vera C. Rubin en Chile, que entró en funcionamiento en 2025, pronto inspeccionará todo el cielo austral cada tres noches, identificando cambios dentro de los 60 segundos de su detección para crear películas del cielo casi en tiempo real y encontrando 10 millones de cambios cada día. El elefante se volverá seriamente no lineal.
Con una cantidad tan grande de datos, los astrónomos pueden comenzar a estudiar datos demográficos creíbles: es decir, pueden pasar de simplemente encontrar estas criaturas salvajes e improbables a descubrir qué son. Como las cosas que suceden una vez y desaparecen son difíciles de estudiar, las identidades de los transitorios (la física que los impulsa, los procesos que los producen) siguen siendo especulativas. La mayoría de sus nombres son sólo adjetivos, y "cuando el nombre del transitorio es una descripción", dice la astrofísica Raffaella Margutti de la Universidad de California, Berkeley, "eso indica que no sabemos nada intrínseco sobre ellos". Eso está a punto de cambiar.
Los científicos clasifican los transitorios en dos grupos principales: eventos que involucran la muerte de estrellas y eventos alrededor de agujeros negros supermasivos en los centros de las galaxias. Los primeros transitorios conocidos entraron en la primera categoría: eran supernovas o estrellas masivas que explotan. Antes del siglo XVII, los astrónomos conocían con confianza cinco de ellos; ahora cuentan decenas de miles. Las supernovas encajan en dos categorías generales. Un tipo es el núcleo muerto de una estrella que extrae gas de una estrella cercana, acumulando masa hasta que la fusión nuclear se reinicia y se vuelve crítica y todo explota como una bomba termonuclear de 20 mil millones de millones de megatones, que es lo que es. Explota en un día, permanece brillante durante días o semanas y se desvanece al cabo de meses.
El otro tipo de supernova se llama colapso del núcleo: una estrella quema suficiente cantidad de su combustible y es lo suficientemente masiva como para que el empuje hacia afuera de su radiación pierda ante la atracción hacia adentro de su gravedad. Su núcleo colapsa sobre sí mismo tan completamente que sus electrones se fusionan con los núcleos de sus átomos hasta que la estrella está compuesta principalmente de neutrones (una estrella de neutrones) y se contrae en el espacio de un segundo desde un radio de unos 6.000 kilómetros a unos 10 kilómetros. El colapso provoca una onda de choque que surge de la atmósfera restante de la estrella con un destello llamado ruptura de choque, y minutos más tarde la estrella es tan brillante como 10 mil millones de soles. Se desvanece con el paso de los meses; el remanente se llama estrella de neutrones.
Sin embargo, más allá de estas dos categorías principales, hay muchas variantes: el Transient Name Server identifica 31 tipos hasta ahora. Un nuevo tipo, llamado brecha transitoria, es más tenue y probablemente menos masiva que otras supernovas, y nadie sabe por qué explota. Otra es una supernova superluminosa, dos veces más luminosa que una supernova de colapso del núcleo; tiene la luz de 20 mil millones de soles y nadie sabe por qué es tan brillante. Las supernovas son, con mucho, los más numerosos de los transitorios de muerte estelar, pero, como señala el astrónomo James E. Gunn de la Universidad de Princeton, las estrellas tienen “una gran cantidad de formas interesantes de morir”.
Ron Miller (ilustraciones) y Jen Christiansen (gráfico)
En 1967, por ejemplo, los satélites Vela de Estados Unidos detectaron sorprendentes destellos de rayos gamma extremadamente energéticos que podrían haber sido (pero no lo fueron) pruebas nucleares ilegales en la atmósfera de la Tierra; El National Enquirer pensó que destellos similares vistos más tarde podrían ser una guerra espacial entre civilizaciones extraterrestres. Al final, los astrónomos reunieron datos de Estados Unidos y la URSS para identificar los destellos, que fueron los primeros estallidos de rayos gamma conocidos, una clase de transitorios que ahora se considera "los más brillantes de los más brillantes", dice el astrofísico Peter Jonker de la Universidad de Radboud en los Países Bajos, quien observa el espacio en longitudes de onda de alta energía. Su luz aumenta en segundos hasta alcanzar el brillo de un billón de soles y dura desde segundos hasta horas. Las más rápidas podrían ser estrellas masivas que se convierten en supernovas, colapsando tan profundamente que no se detienen en las estrellas de neutrones y, en cambio, se condensan en agujeros negros del tamaño de una estrella que apuntan chorros de plasma de alta intensidad a la Tierra.
Los estallidos de rayos gamma pueden o no estar relacionados con otras muertes estelares de alta energía llamadas transitorios rápidos de rayos X. Descubiertos en 2008, suman sólo unos 70, aunque esta cifra pronto cambiará. La sonda Einstein de China, un telescopio satelital de rayos X que comenzó a recopilar datos a mediados de 2024, debería encontrar entre 50 y 100 ráfagas rápidas de rayos X al año.* “Los próximos años podrían ser dramáticos”, dice el astrónomo Mansi Kasliwal de Caltech. Mientras tanto, como los transitorios rápidos de rayos X siguen siendo raros, nadie está preparado para decir qué son: tal vez estrellas masivas que explotan, tal vez estrellas de neutrones que chocan antes de desaparecer en agujeros negros.
Otra rareza dramática se llama transitorio azul óptico rápido, o FBOT, “rápido” porque, aunque explota con el mismo brillo escandaloso que una supernova superluminosa, su luz aumenta y disminuye no en meses sino en días. El primer FBOT, encontrado en 2018, se llama oficialmente AT2018cow y se llama Cow para abreviar. Desde entonces, los científicos han visto 12 FBOT más parecidos a vacas. Los astrónomos saben que no son supernovas (“la fuente de energía de las supernovas normales no funciona” para Cows, dice Margutti), pero no están seguros de qué son. Tal vez destellan cuando la masa de una estrella cercana se acumula sobre una estrella de neutrones o un agujero negro de tamaño modesto, o tal vez representan explosiones de choque de una estrella que se hinchó en sus últimos años. "Sean lo que sean", dice la astrónoma Anna YQ Ho de la Universidad de Cornell, quien ayudó a encontrar la Vaca original, "son interesantes".
En 2007, el radioastrónomo Duncan Lorimer y la astrofísica Maura McLaughlin, colegas de la Universidad de West Virginia y casados, buscaban en los archivos de un estudio con radiotelescopio una pequeña galaxia a 200.000 años luz de distancia. Estaban interesados en los púlsares, que son estrellas de neutrones en rotación que liberan chorros de luz de radio desde sus polos magnéticos. Estos chorros en forma de faro barren el cielo de modo que todo lo que se encuentra en su camino queda expuesto a un pulso de radio metronómicamente regular cada pocos segundos o milisegundos.
En el curso de su búsqueda, Lorimer y McLaughlin encontraron un pico de radio que duró unos pocos milisegundos, pero no pulsaba y era tan brillante que saturó el instrumento del telescopio. Lorimer calculó su distancia en siete mil millones de años luz. "Oh", pensó, "está muy lejos". Cualquier cosa tan distante y aún tan brillante tenía que emitir mil millones de veces más energía que los púlsares cercanos.
Este extraño hallazgo ahora se llama Lorimer Burst. Desde entonces, los estudios han identificado varios miles de estas llamadas ráfagas de radio rápidas dispersas por otras galaxias, emitiendo en un milisegundo la energía de radio enviada por el Sol en 100 años. "Estas cosas son raras", dice Lorimer.
Algunos de estos posibles transitorios de muerte estelar podrían estar relacionados con un objeto profundamente extraño llamado magnetar. Los magnetares existían sólo en teoría hasta que fueron observados en 1998. Su coeficiente de rareza es alto incluso entre los transitorios. Un magnetar es una estrella de neutrones que “gira ridículamente rápido”, dando una vuelta completa en milisegundos, dice Daniel Kasen de la Universidad de California, Berkeley, “pero con un campo magnético ridículamente alto”. La fuerza del campo magnético del sol ronda los 10 gauss; el de un magnetar es de 1014 gauss o más. Ese campo es "tan alto que es inestable", dice Ravi. "Se reconfigura caóticamente".
Los transitorios son objetos de tamaño astronómico que cambian en escalas de tiempo humanas: en segundos, horas y días.
Las líneas del campo magnético del objeto se tuercen, se rompen y se vuelven a conectar, y en el proceso envían llamaradas. La combinación de campos magnéticos absurdamente fuertes y una rotación absurdamente rápida conduce a mucha física explosiva, dice Kasen. En 2004, una llamarada de un magnetar a mitad de camino a través de la Vía Láctea ionizó las capas superiores de la atmósfera terrestre. Hasta ahora los astrónomos conocen alrededor de 30 de ellos en nuestra galaxia.
"Se invoca a los magnetares para explicar muchas cosas que no entendemos", dice Brian Metzger de la Universidad de Columbia, un astrofísico teórico que se especializa en transitorios de muerte estelar. Por ejemplo, diferentes transitorios podrían ser diferentes fases de la vida de un magnetar. Los magnetares podrían nacer del colapso del núcleo de las mismas estrellas masivas que las supernovas superluminosas. Una supernova podría entonces condensarse en un púlsar y emitir chorros que se ven como explosiones de rayos gamma. Más tarde, cuando el período de giro del magnetar se haya reducido de milisegundos a segundos, sus llamaradas podrán verse como una rápida ráfaga de radio. Los magnetares podrían incluso explicar los FBOT, dice Ho, pero hasta ahora los FBOTS están demasiado distantes para que los científicos estén seguros.
Los transitorios de muerte estelar están muriendo de maneras intrínsecas a las estrellas. Pero las estrellas también pueden morir simplemente porque están en un lugar cósmicamente incorrecto: en los núcleos de galaxias con agujeros negros supermasivos. Estos “transitorios nucleares”, la segunda categoría general de transitorios, han aparecido sólo en la última década. Son raros y apenas comprendidos.
Una de las razones es que los transitorios nucleares “son un campo minado de contaminación”, dice Suvi Gezari de la Universidad de Maryland, College Park. Los astrónomos deben distinguir los destellos de los transitorios nucleares de los agujeros negros supermasivos cuyo comportamiento varía. El uno por ciento de los agujeros negros supermasivos, los quásares, están acumulando gas de forma furiosa y activa y brillan tan intensamente que pueden verse cerca del comienzo del universo. La mayoría del resto están inactivos y simplemente parpadean; han despejado gravitacionalmente gran parte del espacio que los rodea y su brillo varía sólo entre un 10 y un 45 por ciento. Y otra fracción desconocida no se está acumulando en absoluto; Son completamente negros e invisibles.
Los transitorios nucleares no son quásares activos y no parpadean: son explosiones cósmicas. Un tipo es un evento de perturbación de marea como AT2019qiz, una estrella atrapada en el campo gravitacional de un agujero negro supermasivo y hecha añicos. Los astrónomos han encontrado alrededor de 100 eventos de perturbación de mareas, cada uno de ellos visible durante unos meses en los rangos de rayos X, óptico y ultravioleta, cada uno con su propio pequeño disco de acreción que dura unas pocas decenas de años. Quizás uno de cada 10 eventos de perturbación de mareas haga lo que hizo AT2019qiz y se convierta en el sitio de otro tipo de transitorio nuclear, la erupción cuasi periódica. En estos casos, una estrella errante pasa a través del disco de acreción de la estrella interrumpida por las mareas y se enciende en rayos X hasta alcanzar el brillo de mil millones de soles. Estos brotes duran unos minutos y se repiten en horas o semanas.
Es posible que otros transitorios nucleares no involucren estrellas en absoluto y pueden reflejar un comportamiento extraño de los agujeros negros. Un tipo de transitorio descubierto en la última década se llama cuásar de apariencia cambiante (CLQ). Tiene el brillo de un quásar normal, pero cambia rápidamente de apariencia de formas inexplicables. Deberían pasar miles de años antes de que un cuásar se apague y pase de brillantemente activo a silenciosamente inactivo. Sin embargo, los astrónomos han encontrado entre docenas y cientos de CLQ que cambian su apariencia en un 200 por ciento en meses; cambian tanto y tan rápidamente que “no son teóricamente explicables”, dice el astrofísico Paul Green del Centro de Astrofísica. Harvard y Smithsonian. Tal vez sean las secuelas de un evento de alteración de las mareas que desapareció hace mucho tiempo, o tal vez, dice, "no hemos observado el tiempo suficiente para ver un cambio de estado duradero".
Como si los CLQ no fueran suficientemente improbables, los astrónomos también encuentran transitorios nucleares ambiguos (ANT), cuyo problema está en su nombre: "Son ambiguos", dice el astrofísico Philip Wiseman, que estudia los transitorios nucleares en la Universidad de Southampton en Inglaterra. Son un diagnóstico de exclusión, un destello que no es ningún otro transitorio. Las ANT son más brillantes que todos los transitorios excepto los estallidos de rayos gamma. Su luz aumenta lentamente a lo largo de meses y dura dos o más años. Se han encontrado en archivos de datos en cantidades que van desde unos pocos hasta cientos, dependiendo de quién los defina. "Podemos encontrarlos, pero no sabemos qué son", dice el astrónomo Matthew Graham de Caltech, otro especialista en transitorios nucleares.
Estos eventos son destellos de cantidades inconcebibles de energía.
Un ANT descubierto en 2020 se hizo famoso: al principio los astrónomos pensaron que se trataba de un agujero negro supermasivo que se alimentaba activamente en el centro de una galaxia, pero no pudieron encontrar la galaxia. El solitario agujero negro supermasivo, como una especie de isla negativa, tiene entre 10 y 1.000 veces el tamaño del de la Vía Láctea. Uno de sus nombres es ZTF20abrbeie; los astrónomos la llaman Scary Barbie.
Las ANT podrían ser eventos de perturbación de mareas descomunales, es decir, en lugar de estrellas del tamaño del Sol destrozadas por agujeros negros con una masa de un millón de soles, podrían ser estrellas de 10 masas solares destrozadas por agujeros negros con una masa de mil millones de soles. O podrían ser agujeros negros supermasivos que pasan de un parpadeo inactivo a una acreción ardiente activa: agujeros negros que se "encienden", dice Graham. Los investigadores todavía están buscando la galaxia de Scary Barbie. "Calculamos que la mitad de este material", añade Graham.
La pregunta obvia es: ¿algunos de estos transitorios son de algún modo aspectos de la misma cosa? Para los transitorios de muerte estelar, la respuesta no es exactamente no. Varios de ellos pueden estar relacionados entre sí o con magnetares; en general, son un menú de variables que determinan cómo las estrellas terminan sus vidas. Para los transitorios nucleares, la respuesta es insatisfactoria: o una estrella capturada o el disco de acreción de un agujero negro se está iluminando. Para obtener una mejor respuesta, los astrónomos necesitan recolectar muchos más transitorios nucleares.
Tampoco se pueden reunir los transitorios estelares y nucleares en una sola gran teoría unificada. Una imagen así debería basarse en su física, específicamente en la fuente de energía de sus estallidos. "El santo grial es comprender qué produjo lo transitorio", dice Eliot Quataert de Princeton, un astrofísico teórico que estudia los transitorios nucleares. Los teóricos quieren poder clasificar las fuentes de energía en algunas categorías, como la desintegración radiactiva, los choques y la gravedad, aunque algunos transitorios no parecen encajar en ninguna de estas cajas.
Para descubrir las fuentes de energía y tal vez unificar los transitorios, los astrónomos necesitan comparar lo que ven en diferentes longitudes de onda, cada una de las cuales refleja diferentes procesos físicos. En las supernovas, por ejemplo, la luz ultravioleta proviene de las explosiones de choque, y los rayos X y las ondas de radio provienen de colisiones entre la materia expulsada en la explosión y el gas circundante. Recolectar todos los fotones posibles de cada proceso físico permite a los astrónomos armar una imagen completa del evento.
En consecuencia, a los telescopios que actualmente funcionan en las bandas óptica, ultravioleta, de rayos X, de rayos gamma y de ondas de radio, se les unirá una serie de nuevos telescopios en el espacio. Entre ellos se encuentran el Telescopio Espacial Romano Nancy Grace de la NASA, que se lanzará a mediados de 2027 y observará en el infrarrojo; la Sonda Einstein en rayos X; y el Ultraviolet Explorer de la NASA, que se lanzará en 2030.
Cabría preguntarse si se trata de una gran cantidad de telescopios y esfuerzos sólo para conocer 100.000 cosas únicas en un universo lleno de 10.000 billones de estrellas en 100 mil millones de galaxias. Comprender los transitorios es importante en parte para responder otras preguntas astronómicas. Las supernovas se utilizan como marcadores de distancia para permitir cálculos de la aceleración del universo. Tanto los eventos de perturbación de mareas como las erupciones cuasi periódicas contienen evidencia sobre agujeros negros supermasivos que son inactivos y por lo tanto invisibles, así como sobre la clase casi teórica de agujeros negros cuyas masas se encuentran entre las de los agujeros negros estelares y los supermasivos. Y las rápidas ráfagas de radio, al ser visibles en el universo distante, pueden usarse como reflectores para mapear la distribución de la materia regular, de la cual sólo se conoce el 10 por ciento.
Pero los transitorios también son interesantes por su singular personalidad, por su capacidad de enseñarnos lo que la física no prohíbe. Kasen dice que son “laboratorios de física fundamental y condiciones extremas”; son "física al extremo", dice Margutti, "y no puedo probar eso en la Tierra". Los transitorios muestran "la variedad de fenómenos posibles en el universo", dice Ravi.
Estos eventos son destellos de cantidades inconcebibles de energía liberadas en el tiempo que lleva hacer la compra, beber un vaso de agua o chasquear los dedos. La explosión de una supernova recorre la distancia desde Baltimore hasta Australia Occidental en medio parpadeo. Un magnetar que pasara a 160.000 kilómetros de distancia podría desmagnetizar todas las tarjetas de crédito de la Tierra. Una estrella de neutrones comprime una estrella masiva a lo largo de una tranquila caminata de dos horas. El estudio de los transitorios es una ciencia certificable, pero si no lo fuera, seguiría siendo motivo de asombro casi sagrado.
*Nota del editor (18/12/25): Esta oración se editó después de su publicación para corregir la fecha en la que la sonda Einstein comenzó a recopilar datos.