Columna de experto: La detección de ondas gravitacionales, ¿qué significa?

Cien años después de que Einstein las predijera, acaba de anunciarse la detección directa de las ondas gravitacionales. La fuente de estas ondas fue la fusión de dos agujeros negros.

11 de Febrero de 2016 | 17:16 | Por Andreas Reisenegger
Andreas Reisenegger

Doctor del Instituto Tecnológico de California (Caltech). Fue investigador postdoctoral del Instituto de Estudio Avanzado en Princeton (ambos en EE.UU.). Profesor titular del Instituto de Astrofísica de la Pontificia Universidad Católica de Chile e investigador del Centro de Astrofísica y Tecnologías Afines (CATA).

Hoy, después de décadas de búsqueda, anuncios fallidos y varias semanas de rumores, los científicos del experimento LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory) anunciaron una de las grandes noticias científicas de nuestro tiempo: la detección directa de ondas gravitacionales.

¿Qué es esto? Vamos por partes.

La muy exitosa Teoría General de la Relatividad (o simplemente "Relatividad General") de Einstein –cuyo centenario celebramos el año pasado– explica la gravedad en términos de una curvatura del espacio-tiempo. Ésta, y no una "fuerza", sería la que nos mantiene pegados a la Tierra, hace que la Luna orbite en torno a ésta y, a su vez, ésta en torno al Sol.

Cuando las masas se mueven, cambia la curvatura del espacio-tiempo. Estos cambios se propagan, como las olas generadas cuando tiramos una piedra a un lago tranquilo. Estas son las ondas gravitacionales. Sus fuentes más intensas son pares de objetos compactos (agujeros negros o estrellas de neutrones) que orbitan uno en torno al otro, generando una señal periódica que va alejándose a la velocidad de la luz y llevándose energía de este sistema. Esta pérdida de energía fue detectada hace ya cuatro décadas, mediante observaciones en ondas de radio de un "pulsar binario" (par de estrellas de neutrones), lo que le valió el Nobel de Física a Russell Hulse y Joseph Taylor.

Cuando en 1988 comencé mi doctorado en California, una de las primeras personas que tuve la suerte de conocer fue Kip Thorne, "gurú" de Relatividad General, quien luego sería mi profesor. Ya entonces, él estaba promoviendo la construcción del experimento LIGO, y recuerdo que me dijo que la primera versión de éste (que funcionó entre 2002 y 2010) seguramente no detectaría nada, pero el "LIGO Avanzado" (la etapa iniciada en septiembre pasado) debería detectar ondas gravitacionales. El actual anuncio, en el cual participó él mismo, le dio la razón, 27 años después.

Cuando las masas se mueven, cambia la curvatura del espacio-tiempo. Estos cambios se propagan, como las olas generadas cuando tiramos una piedra a un lago tranquilo

Andreas Reisenegger

LIGO consta de dos detectores, ubicados en los estados de Washington y Louisiana, Estados Unidos. Cada uno tiene dos brazos perpendiculares de 4 km de largo, en cuyos extremos hay espejos entre los cuales se hace rebotar muchas veces un rayo láser, superponiendo luego a los rayos de ambos brazos. Al pasar una onda gravitacional, produce cambios minúsculos en la longitud de los brazos (alargando uno y al mismo tiempo acortando el otro), los cuales son detectados mediante pequeñas variaciones de la intensidad de ese rayo combinado.

La señal anunciada hoy corresponde a las últimas órbitas de dos agujeros negros antes de fusionarse en uno debido a la pérdida de energía en forma de ondas gravitacionales. Este evento, ocurrido hace unos mil millones de años, eyectó una energía equivalente a tres veces la masa del Sol en ondas gravitacionales, y provocó que el 14 de septiembre del año pasado, durante una fracción de segundo, el largo de los brazos de ambos detectores de LIGO oscilara el equivalente a una milésima de un núcleo atómico. En los próximos meses y años, se mejorará la precisión de estos detectores y entrarán en operación varios más en distintos lugares del mundo, de manera que esperamos saber de muchos eventos más, algunos similares y otros muy distintos a éste. Aunque en Chile no habrá ninguno, podemos aportar a este estudio observando los mismos eventos con los grandes (o pequeños) telescopios ópticos, con ALMA o con el futuro CTA, aportando así a una comprensión completa de estos fenómenos.

Esto es sin duda el inicio de una nueva era de la astrofísica, en que estas ondas nos entregarán un nuevo canal de información acerca del universo. Y, con seguridad, otro Premio Nobel, probablemente compartido por Kip Thorne.

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