Ondas gravitacionales, explicadas

by Ciberneticon | Feb 14, 2016 | Crónicas, Ensayos, Todo

Una doctora en física teórica le explica al periodista qué son las ya famosas ondas gravitatorias y por qué importan tanto para la comprensión del universo que nos rodea.

Artículo – Fernando Nunez-Noda

Albert Einstein en 1916.

El impacto del trabajo de Albert Einstein es tan cotundente, que alcanza la filosofía y otros campos, pero empieza en la física, en la comprensión del universo que podemos observar y hasta un punto, medir. Por eso la noticia de la confirmación de una predicción centenaria de Einstein, la existencia de ondas gravitacionales, ha sido noticia mundial.

En su relatividad general de 1916, el famoso científico planteó que la gravedad era una deformación del espacio-tiempo (dos dimensiones que antes se entendían como separadas y Eintein las unió en un solo concepto). El espacio-tiempo era perturbado por la masa, digamos un planeta por ejemplo, y lo doblada de tal forma que los objetos cercanos “rodaban” hacia él, generalmente en círculos concéntricos (la órbita de una luna, por ejemplo). La gravedad lo hace acercarse y el giro alejarse, así que hay un equilibrio.

Alexandra de Castro.

La gravedad, pues, no era una “fuerza” como se afirmaba desde Newton, sino la interacción entre distintos tipo de energía. Esa deformación en el tejido del espacio-tiempo tenía que generar algún tipo de marca, de pulso. Eintein lo vio como ondas de puro efecto gravitatorio.

Pero hasta aquí llega este periodista. Necesitamos a una científico como Alexandra de Castro, doctora en física teórica, investigadora y comunicadora de la ciencia, para que nos explique la naturaleza y trascendencia de estas ondas gravitaciones de las que medio mundo está hablando. Fueron detectadas el año pasado, pero su comprobación se anunció el 11 de febrero de 2016.

¿Qué son las ondas gravitacionales predichas por Einstein y validadas recientemente?

Así como las ondas en el agua son deformaciones de su superficie que se propagan, producidas por algún evento que la perturbe, las ondas gravitacionales son deformaciones del espacio-tiempo que se propagan, producidas por cualquier evento que involucre a la gravedad. Esto incluye masas en movimiento, colisiones, explosiones de supernovas, etc. Einstein se dio cuenta (el marco de su teoría de gravitación, o teoría de la relatividad general), debían existir ondas que se propaguen desde eventos que involucren masas en el espacio.

Tanto en la relatividad especial como la general, la velocidad de la luz en el vacío establece un límite, nada puede viajar más rápido, de modo que la información de eventos gravitacionales debía viajar a velocidad luz o menor (cosa que no ocurre en la teoría de gravitación de Newton, en la cual la gravedad se siente de manera instantánea). Así, pues, que algo propagaba esta información, como por ejemplo ondas: las ondas gravitacionales.

¿Cómo se detectaron y comprobaron tales ondas?

El experimento es muy bonito, usa una técnica óptica que se llama “interferometría”. Consiste en tomar un rayo láser muy potente y hacerlo pasar por un instrumento que lo divide en dos. Estos dos rayos viajan cada uno por unos brazo muy largos, a 90 grados de separación. Al final de los brazos hay unos espejos que reflejan los rayos. Al devolverse, los rayos se combinan para formar un patrón: el “patrón de interferencia”. Este patrón depende de la distancia recorrida por cada rayo, si la distancia recorrida cambia, el patrón cambia, es decir, si los brazos se estiran o encogen, el patrón cambia. Y eso es lo que estaba buscando LIGO [Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory], ese cambio en el patrón que indicara que los brazos del interferómetro se estiraron y contrajeron al paso de la onda gravitacional.

¿Por qué tardaron tanto tiempo en medirlo? Porque lo que se están buscando son diferencias en los recorridos del rayo más pequeñas que el diámetro de un protón. De modo que los investigadores de LIGO siempre supieron cómo medirlas, lo que no sabían era como eliminar el “ruido”. Pasaron 25 años eliminando el ruido de cualquier evento sísmico, cambios de temperatura o evento que pudiera mover los espejos. Había que mejorar y mejorar la tecnología, hasta que lo lograron.

Ademas, LIGO tiene dos observatorios gemelos ubicados a 3,000 km de distancia uno de otro: en Louisiana y el otro en el estado de Washington. Esto es para asegurarse, si hay coincidencia, de que la medición realmente tiene origen cósmico.

Un esquema de las ondas generadas por dos agujeros negros

Simulaciones numéricas de ondas gravitacionales emitidas por la fusión en espiral de dos agujeros negros. Los contornos de colores alrededor de cada agujero negro representan la amplitud de la radiación gravitacional. Las líneas azules representan las órbitas de los agujeros negros y las verdes sus sentidos de giro. Crédito: C. Henze/NASA Ames Research Center.

¿De donde provienen las ondas gravitacionales observadas?

Éstas en particular, provienen de la fusión de dos agujeros negros en uno. Este evento extremadamente violento, que ocurrió hace miles de millones de años, es capaz de llenar el espacio con ondas gravitacionales detectables. Los astrofísicos resuelven las ecuaciones de Einstein para ese sistema binario que se fusiona, hacen la simulación en super computadoras, incluyendo la simulación del detector y así saben cómo debería ser la señal que van a ver.

¿Qué trascendencia tiene este descubrimiento y cómo ayuda a entender el universo físico?

Este hallazgo no es solamente una prueba más de que la relatividad general funciona, sino que acaba de abrir una nueva puerta a la astronomía. Seremos capaces de “escuchar” al universo a través de las ondas gravitatorias.  Actualmente somos capaces de ver eventos astronómicos en todo el espectro electromagnético: radio, infrarrojo, visible, Rayos X, Gamma; también intentamos estudiar el universo usando los neutrinos [partículas elementales que se observan en procsos nucleares] y en general los rayos cósmicos. Pues, ahora podremos ver su dinámica tambien usando las ondas gravitatorias.  Por otro lado, la existencia de las ondas nos habla y nos permite ahondar en la naturaleza misma del campo gravitacional [la interacción que rige buena parte del universo conocido].

Publicado en Neorika.