Miles de personas en todo el mundo celebraron el pasado 11 de febrero el anuncio de la primera detección directa de las ondas gravitacionales – ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo cuya existencia fue propuesta por primera vez por Albert Einstein, en 1916.
Las ondas tienen su origen en dos
agujeros negros en rotación mutua, cada vez a menor distancia, hasta que
finalmente colisionaron. El recientemente renovado “Large
Interferometer Gravitational Wave Observatory” (LIGO) capturó la señal
el 14 de septiembre de 2015. No todos los descubrimientos científicos
reciben tantísima atención, de modo que, ¿cuál es exactamente la clave
de éste, y cuál es el futuro de LIGO ahora que ha detectado estas
elusivas ondas?
En primer lugar, detectar la colisión de
dos agujeros negros es excitante en sí mismo – nadie sabía con certeza
si los agujeros negros podían unirse para crear nuevos agujeros negros
aún más masivos, pero ahora existe una prueba física. Y también está la
alegría de finalmente tener una prueba directa que se predijo hace 100
años, utilizando un instrumento propuesto cuatro décadas atrás.
Pero lo que es realmente monumental de
la detección es que proporciona a la humanidad la capacidad de ver el
universo de un modo totalmente nuevo, dicen los científicos. La
capacidad de detectar directamente ondas gravitacionales – que se
generan por la aceleración o desaceleración de objetos masivos en el
espacio – se ha comparado con la posibilidad de que una persona sorda de
repente pudiera ser capaz de oír. Un ámbito totalmente nuevo de
información está ahora disponible.
“Es como cuando Galileo apuntó por
primera vez un telescopio hacia el cielo”, afirmó la miembro del equipo
de LIGO Vassiliki (Vicky) Kalogera, profesora de física y astronomía en
la Universidad de Northwestern, en Illinois. “Estamos abriendo los ojos –
en este caso, nuestros oídos – a un nuevo conjunto de señales del
universo que las tecnologías anteriores no nos permitían recibir,
estudiar o analizar”.
“Hasta hoy, hemos sido sordos en cuanto a
las ondas gravitacionales”, dijo David Reitze, Director Ejecutivo de
LIGO en el California Institute of Technology (Caltech), durante la
ceremonia del anuncio del descubrimiento en Washington, D.C. “A partir
de ahora escucharemos más cosas, y sin duda oiremos cosas que
esperábamos… pero también otras que jamás hubiéramos esperado”.
Con este nuevo sentido para percibir el universo, éstos son varios de los descubrimientos que los científicos esperan realizar.
Una nueva ventana al universo
LIGO es particularmente sensible a las
ondas gravitacionales causadas por eventos cósmicos violentos, como la
colisión de dos objetos masivos o la explosión de una estrella. El
observatorio tiene el potencial de localizar estos objetos o eventos
antes de que puedan hacerlo los telescopios que captan la luz, y en
varios casos, las observaciones de ondas gravitacionales serían la única
forma de encontrar y estudiar estos acontecimientos.
Por ejemplo, durante el reciente anuncio
se informó que LIGO había identificado dos agujeros negros rodeándose
mutuamente y posteriormente fusionándose en una energética colisión
final. Como su nombre indica, los agujeros negros no emiten luz, o sea
que son invisibles para los telescopios que observan y estudian la
radiación electromagnética. Algunos agujeros negros son visibles para
los telescopios basados en luz, por la radiación del material que los
rodea, pero los astrónomos no han observado ejemplos de fusiones de
agujeros negros con material visible a su alrededor.
Además, los agujeros negros detectados
por LIGO tienen una masa 29 y 36 veces mayor que la del Sol
respectivamente. Pero Reitze dijo que a medida que la sensibilidad de
LIGO sigue aumentando, el instrumento podría detectar agujeros negros
con una masa 100, 200 o incluso 500 veces superior a la del sol, y que
están más lejos de la Tierra. “Podría haber un espectacular espacio para
el descubrimiento una vez lleguemos a allí”, dijo.
Los físicos saben que estudiar el cielo
con distintas longitudes de onda revela nuevos datos acerca del cosmos.
Durante muchos siglos, los astrónomos sólo podían trabajar con luz
óptica. Pero en tiempos relativamente recientes, se construyeron
instrumentos para estudiar el universo usando rayos X, ondas de radio,
ondas ultravioleta y rayos gamma. Con cada uno, los científicos
obtuvieron una nueva visión del universo.
Del mismo modo, las ondas
gravitacionales tienen el potencial para mostrar cualidades totalmente
nuevas de los objetos cósmicos, explicaron los miembros del equipo de
LIGO.
“Si alguna vez tuviéramos la suerte de
ver una supernova en nuestra propia galaxia, o quizás en una galaxia
cercana, seríamos capaces de observar la dinámica real de lo que sucede
en el interior de una supernova”, dijo el cofundador de LIGO Rainer
Weiss del MIT, quien habló en la ceremonia del anuncio. Mientras la luz
suele quedar escondida tras el polvo y el gas, “las ondas
gravitacionales salen directamente [de la supernova], sin ningún
impedimento”, explicó Weiss. “Es por esto que realmente se puede
descubrir lo que sucede dentro de estos objetos”.
Otros objetos exóticos que los
científicos esperan estudiar con las ondas gravitacionales son las
estrellas de neutrones, que son cadáveres de estrellas consumidas
inimaginablemente densas. Una cucharada de café de la materia de una
estrella de neutrones pesaría unos mil millones de toneladas en la
Tierra. Los físicos no están seguros de lo que le ocurre a la materia
normal bajo estas extremas condiciones, pero las ondas gravitacionales
pueden ofrecer pistas muy útiles, porque estas ondas deberían
transmitirnos información acerca del interior de una estrella de
neutrones, afirmó el equipo de LIGO.
LIGO también tiene un sistema
configurado para alertar a los telescopios ópticos cuando el detector
puede haber detectado una onda gravitacional. Algunos de los
acontecimientos astronómicos que LIGO estudiará, como la colisión de
estrellas de neutrones, pueden producir luz en todas las longitudes de
onda, desde rayos gamma a ondas de radio. Con el sistema de alerta de
LIGO, los físicos podrían observar algunos acontecimientos astronómicos u
objetos en varias longitudes de onda de la luz, más las ondas
gravitacionales, lo que proporcionaría una “visión muy completa” de esos
eventos, dijo Reitze.
“Cuando suceda será, creo, el próximo gran acontecimiento en este campo”, añadió.
Relatividad
Las ondas gravitacionales fueron
pronosticadas por primera vez por la teoría de la relatividad de
Einstein, publicada en 1916. Esta famosa teoría ha resistido todo tipo
de pruebas físicas, pero hay ciertos aspectos que los científicos no han
podido estudiar en el mundo real, porque requieren circunstancias
extremas. La extrema deformación del espacio-tiempo es un ejemplo de
ello.
“Hasta hoy, sólo hemos visto
espacio-tiempo distorsionado cuando hay mucha calma – como si viéramos
la superficie del océano durante un día muy tranquilo”, explicó Kip
Thorne de Caltech, otro miembro fundador de LIGO y experto en la
curvatura del espacio-tiempo. “Nunca habíamos visto el océano agitado
durante una tormenta, con olas chocando. Todo esto cambió el 14 de
septiembre. La colisión de los agujeros negros que causaron estas ondas
gravitacionales crearon una violenta tormenta en el tejido del
espacio-tiempo”.
“Esta observación prueba esos supuestos
de forma muy bella, muy contundente”, prosiguió Thorne, “y Einstein
reaparece con un brillante éxito”.
Pero el estudio de la relatividad
general vía ondas gravitacionales está lejos de haber concluido. Quedan
por resolver preguntas acerca de la naturaleza del gravitón,
la partícula que supuestamente transporta la fuerza gravitacional (del
mismo modo que el fotón es la partícula que transporta la fuerza
electromagnética). Y los científicos tienen muchas interrogantes
alrededor de lo que sucede en el interior de los agujeros negros, que
las ondas gravitacionales podrían iluminar (por decirlo de algún modo).
Pero todo esto, dicen los físicos, será revelado lentamente, a lo largo
de los años, a medida que LIGO y otros instrumentos acumulen más datos
sobre otros eventos.
Un legado para el futuro
En los próximos tres años los esfuerzos
se centrarán en incrementar la sensibilidad de LIGO hasta su máximo
potencial, anunció Reitze. El observatorio – que consiste en dos grandes
detectores, uno en Louisiana y el otro en el Estado de Washington —
será más sensible a las ondas gravitacionales. Pero los expertos no
saben cuántos acontecimientos será capaz de ver LIGO, porque desconocen
la frecuencia de estos eventos en el universo.
LIGO detectó la fusión de los agujeros
negros binarios incluso antes de la primera campaña de observación
oficial del instrumento tras su reciente renovación, pero es posible que
fuera sólo un golpe de suerte. Para poner en marcha el tren de la
astronomía gravitacional, LIGO simplemente necesita más datos.
Cuando se le pidió que comentara el
impacto de LIGO en el mundo más allá de la comunidad científica, y cómo
puede influir la ciencia de las ondas gravitacionales en el día a día de
la gente, Reitzer dijo: “¿Quién sabe?”.
“Cuando Einstein predijo la relatividad
general, ¿quién hubiera pronosticado que la usaríamos diariamente en
nuestros teléfonos móviles?”, preguntó. (La relatividad general
proporciona el conocimiento de cómo la gravedad influye sobre el paso
del tiempo, y esta información es necesaria para la tecnología de los
GPS, que usa satélites que orbitan más lejos de la atracción
gravitatoria de la Tierra de la que siente la gente en la superficie).
LIGO es el “instrumento más sensible
jamás construido”, dijo Reitze, y los avances tecnológicos realizados
durante la construcción del observatorio pueden alimentar tecnologías
que serán utilizadas en formas que todavía no se pueden predecir.
Thorne comentó que él ve la contribución de LIGO de manera algo distinta.
“Cuando recordamos la era del
Renacimiento y nos preguntamos, ‘¿Qué aportaron los humanos de esa era
que tenga importancia para nosotros hoy en día?’, creo que todos
estaríamos de acuerdo en que es el arte, una gran arquitectura y una
gran música. De modo similar, cuando nuestros descendientes miren atrás
hacia nosotros y se pregunten qué fue lo que les dejamos en herencia…
Creo que será la comprensión de las leyes fundamentales del universo y
de su función en el cosmos, así como la exploración espacial”, dijo
Thorne.
“LIGO es una parte importante de esto.
El resto de la astronomía también supone una parte importante de esto. Y
pienso que la herencia cultural para las futuras generaciones es
realmente mucho más grande que cualquier tipo de derivado tecnológico, o
los avances tecnológicos de cualquier tipo. Creo que debemos estar
orgullosos del legado que dejaremos a nuestros descendientes
culturalmente”.
http://www.cosmonoticias.org/ondas-gravitacionales-implicaciones-ciencia-humanidad/