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Ondas gravitacionales: datos clave para principiantes sobre la increíble predicción de Einstein

Ondas gravitacionales: datos clave para principiantes sobre la increíble predicción de Einstein

Las claves para entender el gran descubrimiento científico del año

Este jueves los científicos han confirmado la existencia de las ondas gravitacionales por primera vez en la historia. No se avergüence si este tema le deja confundido o si, simplemente, no puede compartir este entusiasmo: le ofrecemos una breve guía para que conozca todos los detalles.

Un siglo de búsqueda

Einstein mencionó las ondas gravitacionales por primera vez hace exactamente un siglo, en 1916, cuando formuló su Teoría General de la Relatividad. Los científicos se han devanado los sesos sobre este misterio desde entonces. Albert Einstein plantea que el espacio-tiempo es curvo y que objetos con masa muy acelerados cambian la curvatura de ese espacio-tiempo y producen ondas gravitacionales.

¿Qué son?

Las ondas gravitacionales son ondulaciones concéntricas que encojen y estiran la 'tela' del espacio-tiempo.
Las ondas gravitacionales son ondulaciones concéntricas que encojen y estiran la ‘tela’ del espacio-tiempo.

El universo es como una gran ‘cama elástica’. Einstein se lo imaginaba como un tejido del espacio-tiempo y las ondas gravitacionales serían como ondulaciones de ese tejido.

Son ondulaciones concéntricas que encogen y estiran la ‘tela’ del espacio-tiempo mientras viajan a la velocidad de la luz. Se originan por eventos muy violentos, como la fusión de dos agujeros negros.

Imagínese que deja caer un melón y una pelota de pimpón encima de ese tejido. ¿Cuál se ‘hundiría’ más? En el universo sucede lo mismo: los objetos más ligeros crean menos ondulación.

Un choque

Las ondas gravitacionales se crean cuando dos o más objetos de gran tamaño chocan entre sí. Desde un punto de vista teórico, la colisión de dos agujeros negros causaría una onda masiva.

Los orígenes del universo

Las ondas gravitacionales se crearon a raíz del Big Bang, hace alrededor de 13.800 millones de años. Al parecer, todavía las sentimos, aunque son mínimas. Esta es la razón por la que la detección de ondas gravitacionales es tan importante: podría darnos la respuesta sobre los orígenes del universo.

¿Cuándo y dónde se han detectado?

El 14 de septiembre de 2015 a las 11:51 (hora europea de verano) por los dos detectores gemelos del Observatorio por Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO, por sus siglas en inglés), en EE UU.

 

¿Es la primera vez que se han visto?

Aunque los científicos ya habían deducido su existencia, hasta ahora no se habían podido detectar directamente. Hace más de 50 años que diversos experimentos en todo el mundo (como LIGO en EE UU y VIRGO en Europa) han tratado de conseguir la prueba experimental. Ha sido muy difícil encontrarlas debido a que sus amplitudes son extremadamente pequeñas y los grandes eventos que las producen son poco frecuentes. Aunque son causadas por el movimiento de la masa, la mayoría son tan débiles que no tienen ningún efecto medible.

¿Por qué son tan tenues?

Cuando se producen eventos cósmicos violentos, hacen que el tejido del espacio vibre como un tambor. Las ondulaciones del espacio-tiempo emanan en todas direcciones, viajando a la velocidad de la luz y distorsionando físicamente todo a su paso. Pero cuanto más se alejan estas ondas de su origen, más pequeñas se vuelven. Una distorsión inicial en el espacio de varios kilómetros causada por ellas se queda reducida a solo una fracción del tamaño del protón caundo llega a la Tierra.

¿Cómo se han detectado?

Para que la tecnología actual haya podido detectarlas se han tenido que buscar aquellas –todavía extremadamente tenues– irradiadas a través del cosmos desde sucesos extremadamente violentos, como las explosiones de estrellas y colisiones de agujeros negros. Solo laboratorios como LIGO, equipados con instrumentos láser de ultraprecisión, son capaces de detectarlas a través de las pequeñísimas perturbaciones que provocan en los haces de luz de sus detectores.

Un láser gigante, pero no infalible

Científico trabajando en el observatorio estadounidense de interferometría láser (LIGO) en Hanford.
Científico trabajando en el observatorio estadounidense de interferometría láser (LIGO) en Hanford.

El LIGO alcanza un máximo de 225 millones de años luz de distancia y es tan sensible que atrapa desplazamientos 10.000 veces menores que el diámetro de un protón. Sin embargo, a veces comete errores; por ejemplo, en 2010 se dejó engañar por una señal falsa… enviada por científicos. No obstante, hay que tener en cuenta que hace seis años no disponía de una tecnología tan avanzada como hoy en día.

Falsa alarma

En 2014 el equipo del telescopio BICEP2 anunció haber descubierto un tipo especial de ondas gravitacionales: las primigenias que surgieron tras el Big Bang. La huella que dejaron en la denominada radiación de fondo de microondas (CMB) es lo que se supone observó ese telescopio desde la Antártida. Pero los datos del satélite Planck confirmaron que aquellos resultados no tuvieron en cuenta el polvo galáctico, por lo que no eran válidos. A corto plazo LIGO no tiene la capacidad de detectar esas ondas gravitacionales primigenias, por lo que habrá que seguir confiando en instrumentos como BICEP2.

¿De qué vale haber detectado por fin ondas gravitacionales?

Estas ondas proporcionan información sobre los objetos que las producen, los eventos más violentos del universo como las supernovas o las colisiones y fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones. Su detección abre el universo a investigaciones completamente nuevas, además de facilitar el camino del Premio Nobel a sus descubridores.

El experimento LIGO

¿Qué es?

Vista aérea del detector LIGO en Hanford, Washington.  LIGO
Vista aérea del detector LIGO en Hanford, Washington. LIGO

Es un sistema de dos detectores idénticos construidos en Hanford (estado de Washington) y Livingston (Luisiana) para detectar vibraciones increíblemente pequeñas generadas por el paso de ondas gravitacionales. Sus dos estaciones están separadas 3.000 km, lo que permite comparar y confirmar los datos sobre cualquier perturbación espacio-temporal provocada por estas ondas.

¿Quiénes participan en él?
La colaboración científica LIGO está integrada por más de mil científicos de universidades de quince países, incluido el Grupo de Relatividad y Gravitación de la Universidad de las Islas Baleares. El experimento inicial fue concebido y construido por investigadores de los institutos MIT y Caltech, y financiado por la National Science Foundation en EE UU.

¿Qué había detectado LIGO hasta ahora?
Entre los años 2002 y 2010, LIGO estuvo funcionando sin detectar ondas gravitacionales. No ha sido hasta el 18 de septiembre de 2015, y tras una inversión de 200 millones de dólares, cuando un rebautizado Advanced Ligo ha empezado a operar con instrumentos mucho más avanzados.

¿Qué pasa dentro de LIGO?

En cada detector, un haz de luz láser se divide en dos y se envía por túneles iguales de vacío que miden 4 km de longitud y están dispuestos de forma perpendicular. Dentro hay unos interferómetros que hacen rebotar la luz láser entre espejos situados en los extremos de estos gigantescos tubos.

Northern_leg_of_LIGO_interferometer_on_Hanford_ReservationSi una onda gravitacional pasa por estos instrumentos, extienden y comprimen la longitud de los brazos junto con el resto del espacio. La luz de uno de los haces viaja un poco más allá que la del otro en una pequeñísima fracción del ancho de un átomo, y esto se puede medir. De hecho, los dos brazos funcionan como reglas de luz dispuestas en ángulo recto.

Desde LIGO se pasan notificaciones a 75 observatorios astronómicos de todo el mundo, que han acordado apuntar sus telescopios hacia cualquier punto del cielo para buscar y confirmar señales electromagnéticas correspondientes a posibles detecciones de ondas gravitacionales.

¿Tiene compañeros en otras partes del mundo?
Este año está previsto que vuelva a funcionar el detector similar italo-francés VIRGO, cerca de Pisa, que cerró en 2011 después de no observar nada durante años. Tener tres detectores conectados en línea permitiría triangular las fuentes de las ondas gravitacionales y abrir una nueva era en las observaciones astronómicas.

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