¿Qué son las ondas gravitacionales?
En la vida cotidiana estamos rodeados de todo tipo de ondas: por ejemplo, el sonido [una onda de aire] o la luz [una onda del campo electromagnético]. Una onda gravitacional se mueve en el espacio-tiempo. El “espacio” es por donde nos podemos mover y tiene 3 dimensiones porque:
- nos podemos mover hacia adelante y hacia atrás
- nos podemos mover hacia la derecha y hacia la izquierda
- nos podemos mover hacia arriba y hacia abajo
Einstein propuso que el espacio y el tiempo están tan relacionados que no tiene sentido hablar del uno sin mencionar al otro: por eso hablamos siempre del “espacio-tiempo”. El “espacio-tiempo” tiene 4 dimensiones: las 3 del espacio y la del tiempo. Es imposible dibujar en 4 dimensiones, pero podemos imaginarnos el “espacio-tiempo” como una especie de cuadrícula invisible que se extiende por todo el Universo:
Einstein nos enseñó que la masa de los objetos deforma el espacio tiempo. Por ejemplo, el espacio-tiempo alrededor del Sol es algo así:
Resulta que hay fenómenos en el Universo que deforman el espacio-tiempo de tal manera que crean una onda. Por ejemplo estas dos estrellas que están colapsando:
¿Cómo podemos detectarlas?
Explicado de forma simple, el sistema consiste en disparar un láser en el interior de un tubo en forma de L con 4 km de extensión en cada brazo y hacerlo rebotar contra un espejo. Este láser debe funcionar como una especie de resonador absolutamente estático que los científicos utilizan de chivato para medir la distancia entre los espejos. Si una onda gravitacional golpea contra el detector, la distancia entre los espejos varía levemente y los científicos tienen una señal.
Pero para poder estar seguros de que no es una falsa lectura, ni ruido en el ambiente, deben medir lo mismo desde otro lugar muy alejado (el otro detector en forma de L situado a cientos de kilómetros). Conseguir que el interferómetro no sufra perturbaciones externas ha sido una especie de odisea. Para empezar, los 4 kilómetros de cada brazo del LIGO se construyeron teniendo en cuenta la curvatura de la Tierra. Para evitar que las propias vibraciones del planeta modificaran la distancia entre los espejos se utilizaron péndulos de «suspensión cuádruple», que los mantenían absolutamente invariables, y se colocó todo el sistema en el vacío para impedir que algún contaminante o gas alterara la trayectoria del haz de láser.
Con todas estas precauciones, los físicos han detectado un movimiento entre los espejos equivalente a la diezmilésima parte de un protón. En comparación con los 4 km que recorre la luz en el detector, esta medida es el equivalente a medir la distancia de la Tierra a la estrella más cercana, Proxima centauri, y tener una variación del tamaño de un cabello. En términos temporales, se estima que la señal se produjo cuando la vida multicelular empezaba a expandirse en nuestro planeta.
La señal GW150914 confirma también por primera vez la existencia de los agujeros negros. Hasta ahora las únicas pruebas directas de la existencia de estos astros era su efecto en otros objetos astronómicos como estrellas o gases, pero todas ellas eran bastante discutibles. Sin embargo, esta señal es una prueba inequívoca, pues solo dos agujeros negros estelares son capaces de producir las ondas gravitatorias observadas.
¿Qué tipo de fenómenos se pueden detectar?
La clave está en que las ondas gravitacionales pueden contarnos cosas sobre fenómenos en lugares donde no emerge la luz, como el corazón de una supernova, o los instantes anteriores a la radiación cósmica de microondas. «A diferencia de las ondas electromagnéticas ordinarias», recuerdan desde el Departamento de Física Teórica I de la Universidad Complutense de Madrid, «las ondas gravitacionales no son absorbidas ni reflejadas por la materia, por lo que pueden viajar directamente desde la fuente hasta nosotros y, de esta forma, podrán proporcionar información valiosísima de procesos astrofísicos y cosmológicos lejanos»
«Hace 400 años, Galileo miró al cielo y abrió la era de la observación astronómica», ha recordado David Reitzer, director ejecutivo de LIGO. «Ahora estamos haciendo algo parecido, abriendo la ventana de la astronomía gravitacional».
Fuentes:
