Adrián Durante, Astrofísica
Deje un comentario

Einstein tenía razón (una vez más): las ondas gravitacionales existen

Recreación de dos agujeros negros en colisión. Imagen: Instituto Caltech 

Por Adrián Durante. Viernes, 12 de febrero de 2016

Deportes

 Astrofísica

Los científicos han observado, por primera vez en la historia, ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo u ondas gravitacionales, una teoría que predijo Albert Einstein hace cien años al promulgar su famosa Teoría General de la Relatividad. La detección de estos objetos físicos, cuyo descubrimiento ha sido considerado un hito que revolucionará la ciencia, se produjo el pasado 14 de septiembre en los Observatorios de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO) que se encuentran en Livingston (Luisiana) y Hanford (Washington) en Estados Unidos. La teoría einsteiniana predice que los planetas, estrellas y en general los objetos cósmicos que se mueven en el Universo producen ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo, como si una bola de hierro rodara por una sábana extendida, curvándola, deformándola. Estas ondulaciones son las ondas gravitacionales que se propagan por el Universo.

Los físicos han llegado a la conclusión de que las ondas detectadas se produjeron durante la última fracción de segundo en la colisión y fusión de dos agujeros negros que formó uno mayor y más masivo todavía. Las consecuencias materiales del choque de dos monstruos cósmicos semejantes habían sido predichas sobre el papel gracias a los cálculos matemáticos, pero nunca observadas hasta la fecha. Las alteraciones en el tejido espacio-temporal fueron detectadas en los observatorios LIGO, lo que confirma la importante predicción que realizó Einstein en 1915. El hallazgo, sin duda, abre una nueva era en el conocimiento del cosmos.

Los observatorios LIGO son financiados por la National Science Foundation (NSF) y fueron concebidos, construidos y gestionados por Caltech y MIT. La prestigiosa revista Physical Review Letters se ha hecho eco del hallazgo. Los científicos de LIGO creen que los dos agujeros negros observados, uno 29 veces más grande que el Sol y el otro con un tamaño 36 veces mayor, chocaron entre sí hace 1,3 millones de años, fusionándose y dando lugar a un nuevo superagujero de 62 veces la masa de nuestra estrella solar. Las ondas gravitacionales que produjeron fueron lo suficientemente intensas como para llegar hasta la Tierra, de forma que las pudimos detectar antes de que se perdieran en el espacio infinito. Livingston grabó el evento 7 milisegundos antes que el detector en Hanford, pero los dos observatorios han confirmado la existencia de las ondas.

Einstein había predicho que un par de agujeros negros orbitando entre sí perderían energía a través de la emisión de ondas gravitacionales, haciendo que se acercaran poco a poco durante miles de millones de años, y luego mucho más rápidamente en los últimos minutos antes de la colisión. Durante la última fracción de segundo, los dos agujeros negros chocan entre sí a casi la mitad de la velocidad de la luz y forman un único agujero negro más masivo aún. La conversión de una parte de la masa de los agujeros negros en energía se produce de acuerdo con la ecuación más famosa de todos los tiempos, la diseñada por Einstein: E=mc2. Tras la colisión, esta energía se emite como una ráfaga fuerte en forma de ondas gravitacionales que LIGO ha observado. Para la historia de la ciencia queda la anécdota que protagonizó Albert Einstein cuando un periodista le pidió que explicara la teoría de la relatividad con palabras sencillas. Entonces el genio respondió: “¿Me puede usted explicar cómo se fríe un huevo?”. El reportero lo miró extrañado y contestó: “Pues, sí, sí que puedo”, a lo cual Einstein replicó: “Bueno, pues hágalo pero imaginando que yo no sé lo que es un huevo, ni una sartén, ni el aceite, ni el fuego”. Hoy, cien años después, estamos más cerca de saber qué es ese fuego que agita el aceite en la sartén cósmica.

maxresdefault

Los planetas, estrellas y agujeros negros curvan el espacio-tiempo, generando ondas gravitacionales.

El paso crucial hacia la confirmación de la existencia de las ondas gravitacionales se dio por primera vez en la década de los setenta. Joseph Taylor y Russell Hulse descubrieron en 1974 un sistema binario formado por un púlsar (una estrella de neutrones que emite radiación periódica y que se forma tras la explosión como supernova de una estrella gigante) en órbita alrededor de otra estrella similar. Más tarde, Taylor y Joel M. Weisberg, en 1982, encontraron que la órbita del púlsar se estaba reduciendo lentamente con el paso del tiempo, debido a la posible liberación de energía en forma de ondas gravitacionales. Fue un paso importante y por ese descubrimiento Hulse y Taylor fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1993.

Sin embargo, han tenido que pasar cien años desde que Einstein lanzara su hipótesis hasta que LIGO ha rematado la teoría mediante la confirmación empírica del fenómeno. Para explicar qué son las ondas gravitacionales podemos recurrir a un ejemplo clásico: situémonos delante de un estanque y lancemos una piedra. La fuerza que ejercemos sobre la superficie producirá unas olas, unas ondulaciones que se transmitirán siguiendo un patrón circular, deslizándose por la superficie del agua en todas direcciones. A escala espacial, estas perturbaciones concéntricas serían las ondas gravitacionales.

Éxito de la ciencia

“Nuestra observación de las ondas gravitacionales lleva a cabo un ambicioso objetivo establecido hace más de cinco décadas para detectar directamente este fenómeno complejo y comprender mejor el universo. No hay mejor regalo de Einstein en el cien aniversario de su teoría general de la relatividad,” aseguró David de Caltech H. Reitze, director ejecutivo del Laboratorio LIGO.

El descubrimiento fue posible gracias a las capacidades mejoradas de LIGO Avanzado, una importante actualización del observatorio que aumenta la sensibilidad de los instrumentos en comparación con la primera generación de detectores, lo que permite un gran aumento en el volumen del universo investigado. “En 1992 se aprobó la financiación inicial de LIGO, que representa la mayor inversión que se había hecho nunca”, dice France Córdova, director de la NSF (Fundación Nacional para la Ciencia) la agencia gubernamental de los Estados Unidos que impulsa la investigación y el desarrollo.

En el proyecto han participado más de mil científicos de universidades de Estados Unidos y de otros 14 países. Al menos 90 universidades e institutos de investigación han ayudado a desarrollar la tecnología de detección y el análisis de datos; y aproximadamente 250 estudiantes son miembros activos del programa.

“Hubiera sido maravilloso ver la cara de Einstein al conocer la noticia”, asegura uno de los físicos tras conocer el hallazgo. Con este descubrimiento, los seres humanos se embarcarán en una nueva aventura maravillosa: la búsqueda para explorar ese aspecto misterioso del universo formado por los objetos y fenómenos que, como los agujeros negros, están hechos de espacio-tiempo deformado.

LIGO es un santuario de tecnología casi de ciencia ficción que ha costado la friolera de 365 millones de dólares. El Observatorio Livingston, en Luisiana, consta de un sistema inteferométrico (un interferómetro es un instrumento basado en la interferencia de las ondas de luz para medir con gran precisión longitudes de onda) y de dos brazos perpendiculares en forma de L, en condiciones de vacío, con una longitud de unos cuatro kilómetros. Su misión consiste en detectar las ondas gravitacionales a través de los minúsculos movimientos que deben producir en unos espejos colocados en los extremos de los brazos. El Observatorio Hanford, situado en Richland, en el estado de Washington, posee un interferómetro similar al de Livingston con un recorrido óptico de dos kilómetros y la mitad de sensibilidad. De acuerdo con la teoría de Einstein, las ondas gravitacionales originadas a centenares de millones de kilómetros de la Tierra distorsionan las superficies de los espejos en unos 10 elevado a menos 18 metros (un átomo de hidrógeno tiene un tamaño 5×10 elevado a menos 11).

Albert-Einstein-NoticiasSOS

Einstein predijo la existencia de las ondas gravitacionales en 1915.

Los científicos preparan ya nuevos experimentos que apoyándose en la existencia real de las ondas gravitacionales permitan observar la historia del cosmos hasta instantes remotos, incluido los primeros momentos del universo tras el Big Bang. “Hasta ahora, hemos sido sordos frente al universo. Hoy podemos escucharlo por primera vez”, dijo David Reitze, director ejecutivo de LIGO, durante la rueda de prensa en Washington.

Las ondas gravitacionales son tan débiles que Einstein no creía que pudiesen medirse. Aun así, los físicos no han dejado de experimentar durante décadas hasta encontrar una prueba directa de su existencia.  El célebre físico británico Stephen Hawking ha calificado el hallazgo como “un descubrimiento revolucionario que tiene el potencial de cambiar la astronomía”. En una entrevista concedida a la BBC, Hawking felicitó al equipo de astrofísicos por este descubrimiento que, en su opinión, marca un momento clave en la historia de la ciencia. Se da la circunstancia de que la detección de las ondas gravitacionales confirma algunas predicciones de Hawking sobre los agujeros negros. Y así se escribe la ciencia. A base de intuiciones de genios que se van demostrando con el paso del tiempo.

*****

Si te ha gustado puedes visitar nuestra página oficial de Facebook o Twitter.

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *