Ondas gravitacionales

Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el espacio-tiempo, comparables a las ondas que se propagan en la superficie de un lago cuando se arroja una piedra en él, pero que se mueven a la velocidad de la luz, y tienen su origen en fenómenos astrofísicos violentos, que involucran cuerpos muy masivos tales como una explosión de supernova o la fusión de agujeros negros.

La existencia de estas ondas fue predicha por Albert Einstein en 1916. Según la Teoría de la relatividad general, la presencia de una masa (y de la gravedad) da origen a una deformación en el espacio tiempo que será tanto mayor cuanto más masivo sea el cuerpo. Una explosión de supernova o una colisión entre agujeros negros masivos en algún punto del universo, implica el desplazamiento de cuerpos muy masivos acelerados, la deformación en el espacio tiempo se desplaza, y esto da origen a una onda gravitacional que viaja a la velocidad de la luz. En las explosiones de supernovas, o en la fusión de dos agujeros negros se libera una enorme cantidad de energía, equivalente a billones y billones de bombas atómicas. Pero estos acontecimientos son muy poco frecuentes y ocurren, en general, a millones de años luz de la Tierra, de modo que sus efectos cuando alcanzan el sistema solar son tan débiles que son muy difíciles de detectar.

Hasta ahora sólo conocemos una fracción muy pequeña del cosmos, apenas el 5%. Esta información nos llega a través de las ondas electromagnéticas que alcanzan la Tierra, con longitudes de onda que varían desde las más cortas y por ende más energéticas, como es el caso de los rayos gamma y X, pasando luengo por el espectro visible y la radiación infrarroja, hasta las de longitud de onda más largas como las ondas de radio.

Las ondas gravitacionales abren un nuevo camino para aumentar nuestro conocimiento del universo, ya que pueden penetrar regiones del espacio inaccesibles a las ondas electromagnéticas, trayendo información adicional sobre lugares del cosmos donde no se sabia que fenómenos ocurrían. Conociendo la intensidad y la frecuencia de estas ondas se podría reconstruir lo que sucedió en el punto donde se originaron.

Hasta ahora había sólo pruebas indirectas de su existencia. En 1978, Rusell Hulse y Joseph Taylor demostraron que un púlsar binario (un pulsar es una estrella de neutrones radiante), que se compone de dos estrellas orbitando juntas, siendo una de ellas un púlsar, mostraba un decaimiento ligero en su órbita. Este decaimiento se ajustaba perfectamente a la predicción de Einstein de pérdida de energía por radiación gravitacional, es decir a la liberación de energía en forma de ondas gravitacionales. Ambos ganaron el premio Nobel de Física en 1993. En 2003 se confirmó que lo mismo sucede con otra pareja estelar, en este caso de dos púlsares.

Izquierda: Comparación de los datos tomados por las dos estaciones del experimento LIGO. Coinciden entre sí y con la predicción teórica

Derecha: La argentina Gabriela Gonzalez, Rainer Weiss y Kip Thorne, miembros del proyecto LIGO, durante el anuncio del descubrimiento.

Fuente de las imágenes: [[1]]

El Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (Laser Interferometer Gravitational- Wave Observatory -LIGO- por sus siglas en inglés) anunció el 11 de febrero de 2016 que había detectado ondas gravitacionales producidas por la fusión de dos agujeros negros, cada uno con una masa equivalente a 30 masas solares, ocurrida hace 1.300 millones de años (y por ende a una distancia de 1300 millones de años luz). La señal fue detectada el 14 de Septiembre de 2015, a las 9.51 UTC (coordenada universal de tiempo). Esta sería la primera vez en que se captan ondas gravitacionales, a un siglo de la predicción de Einstein sobre su existencia. La argentina Gabriela Gonzalez, Dra. en física, quien trabaja en el proyecto desde su inicio y es vocera del proyecto, fue la encargada de hacer el anuncio (ver imágen).

LIGO consiste de un gran instrumento óptico de precisión desarrollado por los institutos tecnológicos de California (Caltech) y Massachusetts, (MIT) y de la Colaboración Científica LIGO, en la que participan alrededor de 900 investigadores de 15 países.

Cada instalación consta de un sistema de ultravacío con forma de L, que alberga un detector Láser. Cada brazo de esa L tiene cuatro kilómetros. Los dos detectores se encuentran separados una distancia de 3000 Km, uno en Livingston, Luisiana, y otro en Hanford, Washington. Dado que las ondas gravitacionales viajan a la velocidad de la luz el tiempo transcurrido entre las dos detecciones es de 10 milisegundos. Este observatorio comenzó a funcionar en el 2002, pero fue recientemente mejorado contando con un alcance mayor a 1000 millones de años luz de la Tierra, siendo capaz de detectar variaciones en las mediciones equivalentes a la diezmilésima parte del radio de un átomo.