¿Por qué son importantes las ondas gravitacionales?

Las ondas gravitacionales cuya existencia fue formulada por Albert Einstein en su Teoría de la Relatividad, hoy son una realidad. Eistein tenía razón.

Hace un siglo, Einstein habló de este fenómeno físico. Durante décadas, varios científicos intentaron -sin éxito- detectar estas ondas fundamentales para entender las leyes del Universo y que muestran cómo los objetos hacen que el espacio-tiempo se curve.

Este año, un equipo internacional de científicos anunció que lograron la detección directa de estas ondas gravitacionales en dos ocasiones.

Este histórico hallazgo marcó un antes y un después en los campos de la física y la astronomía. Es un gran hito. Los expertos consideran que por su importancia ganará el Premio Nobel de Física.

Las ondas gravitacionales son consideradas el Santa Grial de la física, porque abre una nueva ventana a la comprensión de los orígenes del Universo y sus misterios.

Ese hallazgo abrió una nueva puerta en la Astronomía, porque hasta ahora los científicos se habían valido de diferentes formas de luz (ondas electromagnéticas) para observar el Universo.

Ondulaciones espacio-tiempo

En 1926, Einstein descubrió en su Teoría de la Relatividad que los objetos que se mueven en el Universo producen ondulaciones en el espacio-tiempo y que éstas se propagan por el espacio. Predecía así la existencia de las ondas gravitacionales.

Es decir que al igual que la luz se propaga a través de ondas, la gravedad también lo hacía. Esto implicaba que unas perturbaciones espacio-temporales muy débiles recorrían el Universo a la velocidad de la luz y que incluso atravesaban la Tierra.

Podría parecer que las ondas gravitacionales son incomprensibles y lejanas, un asunto que sólo  interesa a los teóricos y que no sirve para nada. Pero nada más lejos de la realidad. Estas ondas no sólo han supuesto un enorme avance tecnológico y no sólo permitirán cambiar la astronomía y contestar a grandes preguntas sobre el Universo. En el presente también tienen su papel. Por ejemplo, durante cada instante que pasa nuestro cuerpo es atravesado por ondas gravitacionales. Ellas contraen y dilatan el espacio en el que vivimos y acortan o alargan cada uno de los segundos que gastamos respirando. Éstas son tan débiles que no podemos percibirlas.

Primera detección

El pasado 11 de febrero, científicos del Observatorio Avanzado de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO, por sus siglas en inglés) anunciaron por primera vez la detección directa de ondas gravitacionales provenientes del Universo, las mismas que pudieron ser detectadas gracias a la tecnología con la que se cuenta.

Con la participación de más de 1.000 científicos y una inversión de al menos 620 millones de dólares, se construyó en 2015 un observatorio capaz de detectar las débiles ondas gravitacionales predichas por Einstein un siglo antes. Este observatorio se llamó LIGO.

Los físicos concluyeron que las ondas gravitacionales detectadas se produjeron durante la fracción final de un segundo de la fusión de dos agujeros negros en uno más masivo. Esa colisión de dos agujeros negros había sido predicha pero nunca observada.

El choque ocurrió a una distancia de más de mil millones de años luz, de manera que los detectores de LIGO observaron un evento que ocurrió en un tiempo y una galaxia muy lejanos.

"Hemos tardado meses en ver que realmente eran las ondas  gravitacionales. Pero lo que es verdaderamente emocionante es lo que viene después, abrimos una nueva ventana al Universo", anunció entusiasmado el director ejecutivo del laboratorio LIGO, David Reitze.

Las ondas fueron detectadas a las 09:51 GMT del pasado 14 de septiembre por los dos detectores de LIGO, uno localizado en Livingston (Luisiana) y otro en Hanford (Washington), a miles de kilómetros de distancia.

El Comité de Detección de LIGO, un equipo de científicos experimentados, pasó más de cuatro meses escrutando el descubrimiento para confirmar que la señal provenía del cielo y no una fuente en la Tierra o de una falla instrumental.

El hallazgo fue posible gracias al aumento de la sensibilidad de los instrumentos en 2015, en comparación con la primera generación de detectores LIGO.

Segunda detección

Apenas tres meses después del histórico hallazgo, la semana pasada los científicos anunciaron la  segunda detección directa de ondas gravitacionales en la historia, un fenómeno más débil que el primero pero que, según los investigadores, puede ser decisivo para empezar a dibujar un mapa de los agujeros negros en el universo.

Las nuevas ondas fueron detectadas el 26 de diciembre de 2015, más de tres meses después de registrarse el histórico primer descubrimiento.

Estas segundas ondas gravitacionales se produjeron durante los últimos momentos de la fusión de dos agujeros negros en uno más masivo, de acuerdo con científicos de LIGO. La colisión que ocurrió a una distancia de 1.400 millones de años-luz.

"Es muy significativo que estos agujeros negros fueran mucho menos masivos que los observados en la primera detección", dijo Gabriela González, portavoz de LIGO. "Como sus masas son más ligeras que en la primera detección, estuvieron más tiempo -alrededor de un segundo- en la banda sensible de los detectores (de LIGO). Es un comienzo prometedor para elaborar un mapa de las poblaciones de agujeros negros en nuestro universo", agregó González.

"Con la detección de dos importantes acontecimientos en los cuatro meses de nuestra primera misión de observación, podemos empezar a hacer predicciones sobre cuán a menudo podríamos escuchar ondas gravitacionales en el futuro", aseguró Albert Lazzarini, el subdirector del laboratorio de LIGO, en un comunicado.

Además, uno de los agujeros negros que produjeron estas segundas ondas "giraba como una peonza", algo que no ocurrió en el primer fenómeno y que "sugiere que ese objeto tenía una historia diferente": es posible que "absorbiera parte de la masa de otra estrella" antes de convertirse en agujero negro, apuntó LIGO.

El laboratorio comenzará una segunda misión de observación, en la que habrá mejorado la sensibilidad de sus detectores y espera detectar más colisiones de agujeros negros e incluso captar ondas gravitacionales de otras fuentes, como estrellas de neutrones binarias.

¿Cuál es su importancia?

Probar la existencia de estas ondas significa, abrir la puerta a una manera completamente nueva de explicar el universo que puede ayudar a desentrañar numerosos misterios de la física. Las ondas gravitacionales son "una nueva ventana al Universo".

Gracias a ellas se pueden entender los mecanismos por los que suceden algunos hechos violentos del Cosmos, como las colisiones entre agujeros negros o las explosiones de estrellas. Se podría incluso estudiar lo que pasó un milisegundo después del Big Bang, que dio origen al Universo hace 13.800 millones de años.

Además, este hallazgo marca el inicio de una nueva era en astronomía con una fuente de información sobre los objetos distantes independiente de la luz y otras formas de radiación electromagnética. Esto porque el Universo es casi transparente para ellas, lo que permitirá observar fenómenos astrofísicos que de otra manera permanecerían ocultos.

"El principal uso de las ondas gravitacionales será en las próximas décadas para explorar objetos astronómicos. Entre ellos los agujeros negros, así que habrá un antes y un después. Es un nuevo fenómeno que es invisible a través de la luz. Ahora podremos estudiar agujeros negros. Hay un enorme futuro para la Astrofísica usando ondas gravitacionales. Einstein sólo abrió la puerta", señala el Premio Nobel de Física (2004) David Gross a El Mundo.

ONDAS GRAVITACIONALES

Las ondas gravitacionales son pequeñas deformaciones en el tejido del espacio-tiempo que recorren todo el Cosmos. Para entender mejor, imagine que el Universo es una cama elástica. Si se arroja sobre ella una pluma, no pasará nada. Pero si se arroja una pelota de baloncesto, el tejido se curvará por el peso. Y más, cuanto más grande sea el balón. Es decir, tal y como define la teoría general de la relatividad de Einstein, la materia dice al espacio y al tiempo cómo curvarse. Sin embargo, esa deformación no siempre se queda cerca del cuerpo masivo, sino que se puede propagar a través del Universo, al igual que las ondas sísmicas se propagan en la corteza terrestre. Esas son las ondas gravitacionales, pero a diferencia de las sísmicas, pueden viajar en el espacio vacío a la velocidad de la luz.

¿CÓMO LAS BUSCA LIGO?

Si para detectar las ondas de la luz es necesario recurrir a un telescopio, para detectar las ondas gravitacionales hace falta algo completamente distinto. Dado que ellas deforman el espacio, se puede detectar su presencia tan solo midiendo la distancia entre dos puntos distantes con una precisión extrema y esperando que por ahí pase una onda gravitacional intensa.

Y esto es precisamente lo que hace el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO, por sus siglas en inglés) un sistema de dos detectores idénticos construidos para detectar vibraciones increíblemente pequeñas generadas por el paso de las ondas gravitacionales. Para ello, cuenta con dos grandes detectores separados por más de 3.000 kilómetros de distancia, en los estados de Washington y Luisiana (EEUU). En el interior de unos túneles de cuatro kilómetros de longitud y con forma de T, un rayo láser mide la distancia entre dos espejos, que son probablemente los espejos más perfectos. De modo que cuando se detecta una variación en la distancia en ambos detectores, los científicos pueden comenzar a trabajar para saber si la perturbación es un error del sistema o pertenece a una onda gravitacional.