Ciencia
Una nueva ventana al universo
Tras el descubrimiento de las ondas gravitacionales, fenómenos previamente invisibles como las colisiones de agujeros negros o sistemas binarios de estrellas de neutrones pueden ahora ser escuchados
Tomás Rojo 17/02/2016
Pixabay
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El pasado 11 de febrero, miembros del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO por sus siglas en inglés) –uno de los mayores esfuerzos científicos de las últimas décadas– confirmaban los rumores: los dos detectores que forman parte del proyecto localizaban por primera vez ondas gravitacionales. Einstein volvía a dar en el clavo, tras haber sentado en 1915 las bases de la física moderna con su teoría de la relatividad general, en la que la gravedad no es sino la curvatura del espacio y el tiempo por masa o energía. Un año más tarde llegó a predecir que violentas deformaciones del espacio/tiempo –ese maleable lienzo que forma el universo– mandarían a través del cosmos una perturbación del espacio-tiempo: las ondas gravitacionales. Son las que barrieron el Sistema Solar y el planeta Tierra el 14 de septiembre de 2015, pasando primero por Livingston, Luisiana, en el sudeste americano, y siete milisegundos más tarde dejando el país por la otra punta, Hanford, en el Estado de Washington. Ambas ciudades albergan desde hace más de diez años dos detectores del LIGO en forma de L, y esperaban con los brazos abiertos este tipo de señal, que procede de la colisión de dos agujeros negros que, hace unos mil millones de años, iniciaron una caída en espiral uno sobre otro, acelerando cada vez más hasta alcanzar velocidades comparables a la de la luz y terminar chocando y fusionándose en una sola unidad.
El espacio y el tiempo, dos conceptos que considerábamos hasta hace cien años como absolutos (al menos desde un punto de vista físico), forman la lona sobre la que se mueven incontables galaxias, estrellas y planetas como piezas por un infinito tablero de ajedrez. Hasta la llegada del siglo XX el juego discurría en un tablero rígido y los movimientos estaban marcados por la gravedad newtoniana. Pero Einstein cambió completamente las reglas al dotar a la malla del espacio-tiempo de una maleabilidad que permite que objetos masivos deformen el espacio a su alrededor, doblando líneas rectas y eliminando de la partida magnitudes absolutas como el metro --que sirve para medir el espacio-- y el segundo --que lo hace con el tiempo--. Acontecimientos del universo tan violentos y extremos como el que se detectó en Luisiana y Washington pueden generar una onda en el espacio-tiempo que se propaga por el universo a la velocidad de la luz deformando además tiempo y espacio a su paso.
Einstein cambió completamente las reglas al dotar a la malla del espacio-tiempo de maleabilidad
A diferencia de otro de los grandes hitos de la física de este decenio, el descubrimiento del bosón de Higgs en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) de Ginebra, no es tanto el propio hallazgo lo que emociona a la comunidad científica sino la confirmación de que efectivamente esos fenómenos son detectables desde la Tierra con nuestra tecnología. La existencia de estas ondas de gravedad ya había sido verificada indirectamente en los años setenta por dos físicos de la Universidad de Amherst, Massachusetts, descubrimiento que les valió un Premio Nobel años más tarde. Y es que la perturbación espacial que se lanzaron a medir los dos detectores estadounidenses del LIGO –junto con su primo europeo VIRGO– en Pisa, es del orden de una milésima parte del tamaño de un protón, teniendo este el tamaño, en relación al átomo, de un guisante en un campo de fútbol.
Para poder medir una diferencia tan minúscula entre dos distancias los científicos que están detrás del proyecto combinaron un experimento concebido hace más de 120 años, el interferómetro de Michelson-Morley, con la tecnología más puntera del siglo XXI. El potentísimo y puro haz de luz de un láser es partido en dos y enviado por los brazos perpendiculares de 4 km de longitud de la estructura, al final de los cuales dos espejos perfectos mandan las ondas luminosas de vuelta hacia el lugar de donde han venido. Los espejos se ajustan cuidadosamente para que al recombinarse la cresta de una de las olas coincida con el valle de la otra, cancelando así una a la otra por completo y generando oscuridad de la suma de dos rayos de luz. Una pequeña perturbación en la distancia que recorren estos haces de fotones permitiría que, al recombinarse, el uno ya no coincidiera en el otro con su opuesto exacto, provocando así una señal en el detector. En concreto lo que se percibió fue una señal ondulatoria, oscilando a una velocidad de 35 ciclos por segundo y acelerando más y más hasta alcanzar los 250 ciclos por segundo hasta volver al silencio, la oscuridad. Todo en menos de un cuarto de segundo. Transmitidas al dominio sonoro, estas vibraciones suenan como un glissando del do más grave de un piano hasta el do medio, cuatro octavas más arriba.
La sensibilidad de los interferómetros del LIGO es tal que cosas tan banales como el tráfico cercano o incluso las olas rompiendo en la orilla pueden perturbar y ensuciar la señal. Por este motivo los detectores operan en vacío, ya que el mero aire en los túneles puede tener efectos en la señal. Cuentan además con un sistema de amortiguación hidráulica para resguardarse de cualquier movimiento sísmico. Además, durante la operación de los detectores, LIGO introduce datos “precocinados”, preparados para parecerse lo más posible al resultado esperado, y así poder estar seguros de que el equipo será capaz de detectar la verdadera señal. Afortunadamente, el sistema que inyecta estas falsas señales estaba inactivo el día del descubrimiento, con lo que sin duda cabe desechar que se trate de una falsa alarma. Aun así, miembros del proyecto han pasado los últimos cinco meses contrastando datos de los dos detectores y haciendo todas las verificaciones posibles antes de hacer el histórico comunicado.
De la misma manera que, durante el siglo pasado, el estudio del universo a través de otras longitudes de onda distintas de las de la luz visible fue como levantar un velo de nuestros ojos, revelando los restos del Big Bang en las largas microondas y mostrándonos un violento universo de pulsars y estrellas de neutrones, de super e hipernovas en los energéticos rayos gama, ahora ganamos un nuevo sentido y podemos escuchar las ondas gravitacionales. Se abre así una ventana a una nueva astronomía. Fenómenos previamente invisibles como las colisiones de agujeros negros o sistemas binarios de estrellas de neutrones, hasta ahora sólo teorizados y simulados en superordenadores, pueden ahora por fin ser escuchados.
El pasado 11 de febrero, miembros del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO por sus siglas en inglés) –uno de los mayores esfuerzos científicos de las últimas décadas– confirmaban los rumores: los dos detectores que forman parte del proyecto localizaban por primera vez...
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