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El fenómeno de ondas gravitacionales en el Universo abre una nueva era de la astronomía

“Hemos detectado ondas gravitacionales. Lo hemos conseguido”, anunciaba en rueda de prensa David Reitze, director del laboratorio LIGO

Imaginemos que lanzamos una piedra a un estanque. En el lugar donde caiga se producirá una pequeña perturbación, que identificaremos fácilmente al observar las ondas que se propagarán suavemente sobre el agua

Algo similar ocurre con las ondas gravitacionales. Los eventos más exóticos y violentos del universo, como el Big Bang, las explosiones de supernovas o las colisiones de dos agujeros negros, también producen ondas que se propagan de forma tenue por el cosmos. Por este motivo, las ondas gravitacionales también han sido descritas como los "ecos" que nos permiten escuchar algunos de estos explosivos y desconocidos eventos


Gabriela González/LIGO/MH.- Las ondas gravitacionales, cuya existencia predijo hace cien años Albert Einstein, han sido observadas por primera vez con los dos detectores del experimento LIGO, ambos instalados en Estados Unidos. El equipo científico que las ha identificado ha conseguido ubicar el origen de las ondas en una violenta colisión de dos agujeros negros ocurrida a 1300 millones de años luz de distancia del sistema solar).

El descubrimiento supone “el inicio de una nueva era en la astronomía”, afirma Alicia Sintes, astrofísica de la Universitat de les Illes Balears y coautora de la investigación. El estudio del Universo se ha basado históricamente en ondas electromagnéticas –como la luz de estrellas próximas y la radiación infrarroja de galaxias lejanas-. Acceder a las ondas gravitacionales permitirá observar aspectos del cosmos hasta ahora desconocidos –en particular, permitirá escrutar qué ocurrió en la primera fracción de segundo después del big bang.

Las ondas gravitacionales son una consecuencia inevitable de la teoría de la relatividad general. Si la teoría es correcta, entonces estas ondas tienen que existir. Sin embargo, son extremadamente débiles, por lo que son necesarios instrumentos de muy alta precisión para detectarlas.

Con este objetivo, científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y del de California (Caltech) unieron fuerzas en 1992 para construir el Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferómetro Láser (LIGO, por sus iniciales en inglés).

Una prueba de la importancia de la investigación es que, veinticuatro años después, trabajan en el proyecto más de 900 científicos de todo el mundo –entre ellos, un equipo de la Universitat de les Illes Balears liderado por Alicia Sintes-. Con una inversión hasta la fecha de 620 millones de dólares (550 millones de euros al cambio actual), se trata del mayor proyecto que ha financiado en su historia la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos. También contribuyen de manera importante a LIGO instituciones del Reino Unido, Alemania y Australia.

Eisntein 100 años antes

Estas aportaciones han permitido construir dos sofisticados detectores de ondas gravitacionales, uno en Hanford (en el estado de Washington) y el otro en Livingston (en Louisiana). Los detectores comparan el tiempo que tardan dos haces de luz en recorrer ocho kilómetros en el interior de sendos tubos. Si una onda gravitacional distorsiona el espacio en el interior de uno de los tubos, de modo que el espacio se alarga o se acorta, las señales de los dos haces de luz dejan de coincidir.

Hasta ahora, sin embargo, y pese a todos los recursos invertidos, la búsqueda había sido infructuosa. Los detectores LIGO iniciaron las observaciones en el 2002 y durante ocho años escucharon pacientemente el Universo esperando señales de ondas gravitacionales. Cuando terminó la primera fase de observaciones en el 2010, no habían detectado ni una sola onda.

En lugar de dar por concluida la búsqueda, el consorcio LIGO decidió mejorar el detector para poder captar señales más tenues. Tras cinco años de parada y 200 millones de dólares de inversión (unos 180 millones de euros), en septiembre del 2015 se reanudaron las observaciones. Con los detectores renovados, el experimento ha sido rebautizado Advanced LIGO (o LIGO Avanzado).

En este segundo intento el Universo ha sido generoso con los astrónomos. Según los resultados presentados en rueda de prensa por el equipo científico del proyecto, la primera onda gravitacional se detectó el 14 de setiembre de 2015 a las 09:51 UTC por los dos detectores gemelos de LIGO. Los físicos han llegado a la conclusión de que las ondas gravitacionales detectadas fueron producidas durante la última fracción de segundo de la fusión de dos agujeros negros para producir un solo agujero negro más masivo en rotación.

Las masas iniciales de los dos agujeros negros eran de 29 y 36 masas solares. Cuando se fusionaron crearon un agujero enorme mayor, de 62 masas solares. Por tanto,esa diferencia de tres masas solares se habría convertido en energía y liberado en forma de ondas gravitacionales, las que LIGO ha detectado. Durante la colisión entre los dos agujeros negros, se generó una energía unas 50 veces superior a la de todas las estrellas del Universo juntas.

Fusión de dos agujeros negros

Estas señales serán, previsiblemente, las primeras de una larga serie de observaciones que cambiarán, o completarán, la visión actual del Universo. A partir de ahora,”vamos a poder escuchar el Universo y no sólo verlo”, afirmaba Gabriela González,coordinadora del consorcio LIGO.

De acuerdo con el calendario de trabajo previsto, los detectores de LIGO se apagaron el 12 de enero después de 106 días de actividad. Está previsto volverlos a poner en marcha en octubre después de introducirles varias mejoras que triplicarán su sensibilidad. 

Escuchar el Universo

El hecho de que, en los primeros tres meses y medio de funcionamiento, se hayan detectado ya las primeras ondas gravitacionales hace prever que en el futuro este tipo de ondas se detectarán con regularidad.

Según el plan de trabajo del consorcio LIGO, los detectores seguirán perfeccionándose en los próximos años hasta alcanzar su rendimiento máximo en el 2019. Sus observaciones se complementarán con las del detector Virgo, que se pondrá en marcha el año próximo en Italia y en el que se han invertido 200 millones de euros. Y, en el futuro, con las de la misión espacial eLISA, que la Agencia Espacial Europea tiene previsto lanzar en el 2034 para detectar ondas gravitacionales desde encima de la atmósfera.

“Ha sido un largo camino. Esto es solo el comienzo. Es el primer resultado de muchos que vendrán. Empezaremos a escuchar el universo", afirmaba Gonzalez, de la Universidad Estatal de Lousiana, que también ha anunciado que se instalarán detectores de ondas gravitacionales en Japón e India.

Aunque los resultados de LIGO suponen la primera observación directa de ondas gravitacionales, su existencia se daba por descontada desde en 1974 se encontró una prueba indirecta de su existencia. En aquella ocasión, se descubrió que un sistema de dos estrellas de neutrones de tipo púlsar se comportaba exactamente cómo predecía la teoría de la relatividad.

En particular, la velocidad de los púlsares variaba de un modo que sólo podía explicarse por la emisión de ondas gravitacionales, aunque dichas ondas no llegaron a detectarse. Los autores del descubrimiento fueron reconocidos con el premio Nobel de Física en 1993. Los nuevos resultados de LIGO, de acuerdo con la coherencia habitual de la Academia de Ciencias Sueca, también serán reconocidos con un Nobel.

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