40 Aniversario

Fase lunar

Estadisticas

Detectadas por fin las ondas gravitacionales

El 11 de febrero de 2016 pasará a la historia de la ciencia como el día en que se anunció el descubrimiento de las escurridizas ondas gravitacionales (o gravitatorias, que también así se pueden nombrar), una predicción que hace 100 años se dedujo de la Teoría de la Relatividad General (RG). En realidad esta primera onda – que se ha denominado GW 150914– se detectó el 14 de septiembre de 2015 pero, cabe suponer que dada la importancia del descubrimiento, las comprobaciones para descartar cualquier error y la preparación para la comunicación del descubrimiento se hayan prolongado hasta este momento. Hasta hoy la última de las predicciones de la RG había resistido a todo intento de detección debido, ahora lo sabemos, a la extrema debilidad con que llegan las ondas, tanto mayor cuanto más lejano sea su origen.

alt

El hallazgo se debe a los detectores gemelos del Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO), separados por 3000 km en Livingston (Louisiana) y Hanford (Washington) en EEUU, y solo fue posible al haber incrementado unas diez veces su sensibilidad sobre el diseño inicial que había operado entre 2002 y 2010 sin éxito. Es el premio sobre todo a la tozudez de dos hombres: Kip Thorne del Caltech y Rainer Weiss, del MIT. Thorne es físico teórico, gran experto mundial en Relatividad y ondas gravitacionales, y quizá el más mediático de todos, entre otras razones por su amistad con dos grandes de la ciencia y la divulgación científica como Carl Sagan y Stephen Hawking. Además de su eficaz actividad como divulgador e incluso como guionista de Hollywood en el film de ciencia-ficción Interestellar. Este astrofísico se ha pasado media vida desarrollando las matemáticas para el análisis de las ondas, los algoritmos necesarios para poder analizar los datos cuando llegaran y hasta los diseños de ingeniería para los detectores. Y además consiguió impulsar y mantener el proyecto más costoso emprendido por la National Science Foundation, con la oposición de no pocos astrónomos que no confiaban en la detección directa de las ondas y que consideraban el proyecto una pérdida de tiempo y de recursos. Por su parte Weiss es el primer físico experimental del proyecto y principal inventor de los interferómetros de LIGO. Después de estos magníficos resultados, tanto Thorne como Weiss son claros favorito al Nobel de física.

Merece la pena citar que "El trabajo previo realizado en relatividad numérica, campo en el que España es una potencia mundial, ha sido fundamental para este descubrimiento", destaca Francis Villatoro en su blog La Ciencia de la Mula Francis, y es un dato para estar orgulloso de los científicos de nuestro país. "Se han calculado tablas con las ondas gravitacionales esperadas para la fusión de agujeros negros de diferentes masas, y de agujeros negros y estrellas de neutrones. Gracias a dicho trabajo ha sido posible interpretar de forma segura y eficiente la señal observada" Y nos estamos refiriendo al Grupo de Relatividad y Gravitación de la UIB (Universitat de les Illes Balears), liderado por la doctora Alicia Sintes, que ha sido el único grupo español participante en el gran proyecto internacional Advanced LIGO que ha reunido a 900 científicos de 15 países.

binary-wave tn
Impresión artística de las ondas gravitacionales de dos agujeros negros en órbita. [Imagen: K. Thorne (Caltech) y T. Carnahan (NASA GSFC)] - See more at: http://www.ligo.org/sp/science/GW-GW2.php#sthash.i5rp5VRQ.dpuf

Pero, ¿qué son las ondas gravitacionales? Dicho brevemente son ondulaciones concéntricas del tejido del espacio-tiempo que viajan a la velocidad de la luz. Desde la formulación de la RG sabemos que la gravedad hay que entenderla no como una fuerza más sino como una deformación en el espacio-tiempo; cuanto mayor sea la masa, mayor será la deformación. Una consecuencia lógica de esta realidad es que masas enormes que se mueven a grandes velocidades generan ondulaciones en el espacio-tiempo similares a las que se pueden producir en las aguas tranquilas de un estanque al caer un objeto. Y es una posibilidad que Einstein barajó en un principio, cuando ya conocía la predicción de la existencia de los agujeros negros que se deducía de su teoría. Curiosamente parece que el propio Einstein, junto a Rosen, en un artículo de 1936 que tituló "¿Existen las ondas gravitacionales?", llegaba a la conclusión de que éstas no eran posibles, pero inmediatamente otros investigadores descubrieron que sus cálculos estaban equivocados. Y en este caso concreto lo que se ha descubierto, gracias a múltiples cálculos teóricos previos realizados con las ecuaciones de la RG es que la onda GW 150914 fue originada por dos agujeros negros en rotación que se fusionaron en una lejanísima galaxia situada a unos 1300 millones de años-luz en la dirección aproximada de la Gran nube de Magallanes. Impresiona pensar que en el momento de producirse el suceso, toda la vida en nuestro planeta consistía en simples microorganismos. Las masas implicadas eran respectivamente de 29 y 36 masas solares y originaron un agujero negro de solo 62 masas solares porque en el proceso se transformaron en energía alrededor de 3 masas solares (de acuerdo con la fórmula de Einstein de equivalencia entre masa y energía, E=mc2). Se ha calculado que en el instante previo a la fusión los dos objetos rotaban a 300 veces por segundo. Toda esa energía es la que desde aquí hemos podido detectar como ondas de gravedad 1300 millones de años después.

gwvisual tn

Visualización en 3D de las ondas producidas por dos agujeros negros orbitando.

Imagen: Henze, NASA

El descubrimiento tiene implicaciones múltiples. Porque además de demostrarse directamente la existencia de las ondas gravitacionales, éstas han sido producidas por algo que hasta ahora era solo una posibilidad teórica: los agujeros negros binarios y su fusión posterior. Por otra parte no es menos importante que se abre una nueva ventana para el estudio del universo. Porque si hasta ahora la astronomía ha contado con las ondas electromagnéticas - la astronomía óptica y la radioastronomía - para recoger y analizar datos, algo que equivale a "ver"; partir de ahora se inicia algo equivalente a "escuchar" los sucesos astrofísicos. Esta nueva forma de hacer astronomía permitirá poner a nuestro alcance precisamente aquellos fenómenos más lejanos, antiguos y energéticos, los más desconocidos. Así, la combinación de éste con los demás métodos de estudio va a dar un impulso definitivo a la investigación astronómica que augura un resto de siglo esplendoroso.

De momento, el éxito de LIGO ha provocado que ya sea inminente la renovada puesta en funcionamiento del detector italo-francés Virgo, que cerró en 2011 después de no recoger frutos durante años. La extensión de la red global de detectores incluye, además de LIGO –que estudia construir un tercer detector en India–, Advanced Virgo y KAGRA en Japón. Tres detectores conectados en línea permitirán triangular las fuentes de las ondas gravitacionales, situar con precisión su origen y abrir una nueva era en las observaciones astronómicas. Todos estos detectores terrestres operan en la banda de altas frecuencias que permite detectar colisiones de sistemas binarios como estrellas de neutrones y agujeros negros, explosiones de supernovas y púlsares, entre otros objetos. Por su parte, la banda de bajas frecuencias aportaría información de los fenómenos más energéticos como colisiones de agujeros negros supermasivos, el propio eco del Big Bang y, tal vez, fenómenos aún desconocidos que permitan conectar por fin la mecánica cuántica con la relatividad general en esa anhelada teoría del todo conocida como gravedad cuántica.

Pero para acceder a esas frecuencias es necesario alejarse de la Tierra y evitar las interferencias producidas por vibraciones sísmicas y variaciones del campo gravitatorio terrestre que hacen imposible la detección por debajo de 1 hercio. El primer paso en esta nueva fase ya ha comenzado con LISA Pathfinder de la ESA, ya en el punto de Lagrange L1, y precursora de la misión eLISA, programada para 2034. Pero esa será otra historia

 Fuentes:

http://www.agenciasinc.es/Noticias/Deteccion-historica-de-ondas-gravitacionales

http://www.agenciasinc.es/Noticias/Las-ondas-gravitacionales-explicadas-para-principiantes

http://www.agenciasinc.es/Reportajes/Ecos-de-las-ondas-que-dieron-la-razon-a-Einstein.

 inicio     subirc 

_________________________________________________________________________________________________________

 

Abivia MultiTwitter