Las olas del espacio tiempo

Autor: 

Por Dr Osvaldo de Melo
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16 Febrero 2016
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Crédito de fotografía: 

Tomada de quantamagazine.org

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Hace 1300 millones de años, cuando la especie humana aún ni soñaba aparecer en nuestro planeta, en un remotísimo lugar del Universo distante unos miles de trillones de kilómetros de La Tierra, orbitaron, uno con respecto a otro, dos objetos inmensos, de los conocidos como huecos negros, que tenían masas de varias decenas de veces  la masa de nuestro sol.  

La rapidez con que giraban fue aumentando hasta alcanzar cerca de la mitad de la velocidad de la luz, llegando a orbitar con una frecuencia de decenas de vueltas en un segundo. Al mismo tiempo la distancia entre ellos se reducía hasta que finalmente se fundieron en uno solo. Durante esta colosal colisión se emitieron ondas gravitacionales que, con mucho retardo debido al largo viaje, fueron recibidas en la Tierra durante dos décimas de segundo el 14 de septiembre de 2015.

Esto es, a grandes rasgos, lo que aparece reportado en un artículo aparecido en la prestigiosa Physical Review Letters este 12 de febrero de 2016. Como parece ser que en esta historia todos los números son grandes, el artículo viene firmado por más de mil autores de instituciones de 18 países: Estados Unidos, Italia, Francia, Alemania, Holanda, Brasil, India, Australia, Reino Unido, Hungría, Polonia, España,  Canadá, China, Corea, Bélgica, Japón y Rusia.

La existencia de las ondas gravitacionales fue predicha como una consecuencia de la  Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein (Ulm, 1879 – Princeton, 1955) hace cien años. Esta teoría explica la atracción que existe entre todos los cuerpos, o gravitación universal que así se llama también, como una afectación de las propiedades geométricas del espacio, o más bien, del espacio-tiempo. Y también predice que, así como una pequeña perturbación en la superficie del agua se propaga a su alrededor en forma de una onda mecánica, igualmente una perturbación grande del espacio tiempo, como la aceleración brusca de un cuerpo de masa muy grande, debe generar una onda gravitacional de magnitud apreciable.

La Teoría General de la Relatividad ha sido sometida a verificación experimental y se han comprobado algunas de sus predicciones. Por ejemplo,  la desviación de un rayo de luz al pasar cerca de una estrella o las características particulares de la órbita del planeta Mercurio, que no pueden explicarse si no con esta teoría. Hoy sus ecuaciones se usan para la determinación precisa de la posición en los dispositivos GPS. Solo faltaba la comprobación de la existencia de las ondas gravitacionales.

Sin embargo, durante mucho tiempo la caza de las ondas gravitacionales ha sido tan incesante como infructuosa. Lo que complica este empeño es que su intensidad al llegar a la tierra es extremadamente débil por lo que su detección se hace muy difícil. Hace un par de años, algunos científicos clamaron haber demostrado su existencia a partir de mediciones indirectas de lo que se conoce como radiación de fondo, usando un radio-telescopio instalado en el Polo Sur.[1] Pero pronto se evidenció que los resultados no habían sido bien interpretados, y las ondas gravitacionales volvieron al terreno de lo ignoto.

 En el caso que nos ocupa, las ondas fueron medidas por dos detectores de los denominados LIGO (las siglas en inglés de Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Laser), uno de ellos localizado en el estado de Washington y el otro en el de Louisiana, en los Estados Unidos. Ambos recibieron la señal de una onda gravitatoria con una diferencia de unas 11 milésimas de segundo.

Este tipo de detector posee dos brazos, cada uno de 4 km de largo, colocados perpendicularmente uno con respecto al otro. Con el uso de espejos en sus extremos, un rayo láser hace el recorrido de ida y vuelta por estos brazos; al final los haces se encuentran y producen una figura o patrón característico, llamado patrón de interferencia. La ventaja esencial de este detector es que como el  patrón resulta muy sensible a la longitud de los brazos,  la más mínima deformación en ellos es amplificada y puede cuantificarse.

Si una onda gravitacional llega al detector, va a dar lugar a una ligera oscilación en el tamaño de los brazos: se acortan y alargan sucesivamente con una frecuencia muy alta mientras esté pasando la onda. Esto, prácticamente imperceptible, es detectado, sin embargo, por la modificación que sufre el patrón de interferencia de los haces láser.

Una vez construidas, esas instalaciones se colocan, como un “surfista” esperando la ola, a la espera de que el eco de algún gran cataclismo se haga presente. Y eso fue lo que ocurrió en septiembre de 2015:  el detector emitió una señal que los autores clasifican de inequívoca.

De hecho, gran parte del artículo trata sobre la fiabilidad de la medición realizada. Por ejemplo, los espejos están montados en una plataforma antisísmica de modo que el instrumento queda aislado del movimiento de la tierra. Los autores afirman haber calculado que el instrumento pudiera dar una falsa alarma, solo una vez cada 22 mil 500 años. Lamentablemente, otros detectores igualmente potentes ubicados en Italia y Alemania, respectivamente, no estaban en funcionamiento en el momento de la llegada de la onda.

Los autores del trabajo realizaron además un análisis de la forma de la onda obtenida y encontraron que tiene todas las características esperadas para las ondas emitidas durante la colisión de dos huecos negros, como se explica al comienzo del texto.

Este es un descubrimiento trascendental. Las ondas electromagnéticas, fueron producidas y detectadas por primera vez por Heinrich Hertz (Hamburgo, 1857 – Bonn 1894) en 1888; también habían sido previstas con anterioridad por la teoría del electromagnetismo de James Clerk Maxwell (Edimburgo, 1831 - Cambridge, 1879), solo que en aquella ocasión transcurrieron 20 años entre predicción y verificación. Las ondas gravitatorias demoraron cien  en verificarse. ¡Hay que tener paciencia con el trabajo científico!

De cualquier manera, cada vez que que en la historia de la ciencia se descubrió algo importante en relación con las ondas, esto trajo, a la larga, revoluciones tanto científicas como tecnológicas. ¿Pasará lo mismo con las ondas gravitacionales? Algunos dicen que hasta ahora el universo se podía solo “ver” a través de las ondas electromagnéticas, y que de ahora en adelante se podrá también “escuchar” por medio de las ondas gravitacionales.

Esto se debe a que,  si bien las ondas gravitacionales son de una naturaleza diferente a las sonoras, el rango de frecuencias es similar; como si el universo tuviera una música que pudiéramos escuchar. En principio, las ondas gravitacionales pudieran transmitir información de cuando aún no había luz en el universo. Basta esperar otras olas… y mejorar los detectores.

 

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