Las ondas gravitacionales existen, y la astronomía cambiará para siempre

Einstein tenía razón. Científicos logran grabar las ondas gravitacionales que se crean cuando dos agujeros negros chocan entre sí.

Así lucen las ondas gravitacionales ocasionadas por la colisión de dos agujeros negros.

Henze/NASA

Científicos han descubierto las ondas de Einstein en el tejido del tiempo y el espacio.

Hace un siglo, la teoría general de la relatividad de Albert Einstein cambió la manera como los humanos entendemos el tiempo y el espacio. Con el cambio de una velocidad de la luz fija a la existencia de ondas gravitacionales, la era moderna de la teoría física nació en 1916.

El jueves, investigadores del Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO, por sus siglas en ingles), anunciaron tener evidencia sólida de la existencia de ondas gravitacionales, perturbaciones en el tejido espaciotemporal.

Más allá de probar la teoría de Einstein, el descubrimiento nos pone un paso más cerca de una gran teoría unificada; el Santo Grial de la física que ofrece una explicación integral del universo como lo conocemos.

En una conferencia de prensa ofrecida hoy, un equipo de científicos de LIGO anunció que habían observado ondas gravitacionales que fueron creadas hace 1,300 millones de años luz por el choque de dos agujeros negros. Estas ondas fueron detectadas el 14 de septiembre de 2015, sólo tres días después de que las instalaciones del observatorio hubieran sido puestas a funcionar de nuevo luego de una renovación de cinco años.

El descubrimiento supone no sólo la primera vez que se confirman las ondas gravitacionales, sino la primera vez que los científicos observan agujeros negros binarios. El primer vistazo a las ondas gravitacionales también permite tener una mirada sin precedentes a un fenómeno cósmico que hasta ahora había permanecido esquivo, comprobando por primera vez que existe y sugiriendo que cuando dos agujeros negros se fusionan son más pesados y más comunes de lo que se había pensado hasta ahora. La investigación fue presentada en la publicación Physical Review Letters.

"Este es un nuevo tipo de astronomía; estamos observando al universo usar la gravedad misma", dijo Shane L. Larson, profesora asociada de investigación de física y astronomía de la Universidad de Northwestern, miembro de CIERA y astrónoma del planetario Adler en Chicago. "No podemos captar agujeros negros con telescopios. Esta es la primera vez que los agujeros negros han sido detectados al medirlos, a través de su gravedad, y no al medir el efecto que tienen en otra materia en el universo".

Así funcionan las ondas gravitacionales

¿Cómo se ven las ondas gravitacionales? Imagina el plano espaciotemporal como una hoja tensa. Rodar una pelota a través de la hoja hace que se curve. Conforme se mueve la hoja, la curvatura de la hoja se mueve también y ciertos objetos que se mueven rápidamente causan ondas a lo largo de la hoja.

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Esta animación muestra las ondas gravitacionales producidas por una órbita binaria rápida.

NASA

La teoría original de Einstein proponía que conforme la masa cambia de posición, causa una onda en el campo gravitacional del universo, una ola que viaja a la velocidad de la luz hacia fuera de la fuente. Las ondas gravitacionales son causadas por objetos como planetas giratorios de formas raras, agujeros negros binarios y sistemas estelares. Las teorías sugieren también que las supernovas, e incluso el Big Bang mismo, son fuente de ondas gravitacionales. Para leer más al respecto, visita Einstein Online (en inglés).

Ahora que LIGO ha detectado estas ondas, los investigadores tienen una manera totalmente nueva de estudiar estos objetos y eventos. En el caso de los agujeros negros, que son muy difíciles de estudiar ya que no los podemos ver directamente, esto podría abrir todo un mundo de investigación. Los investigadores incluso tal vez puedan echar un vistazo atrás a tan sólo una fracción de segundo luego del Big Bang, algo que es imposible de lograr con otros métodos.

Párate a pensar por un segundo. Tal vez podamos ver finalmente el origen del tiempo, del universo, de todo lo que hay.

El universo ha hablado

"Las ondas gravitacionales son como ondas sonoras que viajaran a través del espacio a la velocidad de la luz", dijo David Blair de la Universidad de Western Australia.

"Hasta ahora la humanidad había estado sorda ante el universo. De pronto sabemos cómo escuchar. El universo ha hablado y lo hemos entendido".

Las instalaciones de LIGO usan dos largos brazos de cuatro kilómetros en forma de "L" como "antenas" para captar las ondas gravitacionales. Cada brazo contiene un interferómetro, una formación de rayos láser y espejos que se usan para detectar los diminutos movimientos que serían causados por las ondas gravitacionales, movimientos 10,000 veces más pequeños que un protón.

Pero detectar las ondas gravitacionales no es fácil. Para ser algo que mantiene al universo cohesionado, la gravedad es sorprendentemente débil. Por más de una década las instalaciones de LIGO no lograron detectar ninguna onda gravitacional. Los trabajos de mejoras, que duraron cinco años, condujeron a que Advanced LIGO fuera puesto en operaciónn en septiembre de 2015, y ha identificado ondas gravitacionales en menos de seis meses e incluso ha logrado establecer una ubicación aproximada. La incorporación de una tercera instalación permitirá al equipo triangular las ondas para encontrar su fuente con más certeza. Dos detectores más están planeados para fechas futuras. Robert Ward, el científico de la Universidad National Australiana que instaló los interferómetros (los dispositivos que registran las ondas), explica cómo funciona el Advanced LIGO.

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LIGO Hanford Observatory

Caltech/MIT/LIGO Laboratory

"Las ondas gravitacionales afectan a masas que tienen libertad de movimiento bajo la influencia de la gravedad al cambiar la distancia entre ellas. Esto es comúnmente descrito como que la onda 'estira y aprieta el espacio entre las masas'. Medimos la distancia entre las dos masas al unirles espejos de alta calidad, y luego al proyectar rayos láser sobre esos espejos. Luego medimos con efectividad el tiempo que le toma al rayo láser regresar, y dado que conocemos la velocidad de la luz, eso nos permite medir la distancia. Desde luego es más y menos complicado que eso, pero esa es la idea básicamente".

Una nueva era científica

Ahora que el equipo de LIGO ha logrado observar estas ondas, abrirán vías para estudiar objetos oscuros a mayor profundidad, pero también nuevas maneras de descubrir objetos antes desconocidos, de manera similar a como los telescopios de radio localizaban objetos imposibles de detectar con telescopios de luz visible.

En otras palabras, la astronomía de ondas gravitacionales auspiciará una era de descubrimientos espaciales totalmente nueva.

"Objetos que nunca habríamos estado capacitados para observar --colisiones de agujeros negros, fusiones de estrellas de neutrones, choques entre galaxias de proporciones gigantescas--ahora se nos pueden revelar de manera rutinaria. Estamos a punto de descubrir algunos tipos de fenómenos totalmente nuevos y recibiremos revelaciones totalmente nuevas de objetos ya conocidos", dijo el astrónomo Bryan Gaensler, director del Instituto Dunlap de Astronomía y Astrofísica de la Universidad de Toronto y director de ciencia de la SKA canadiense, quien no trabajó en el proyecto LIGO.

"En años recientes ha habido varios momentos sobresalientes en la física y la astronomía: el Bosón de Higgs, el aterrizaje de una sonda espacial sobre un cometa y la maravillosa hazaña de sobrevolar Plutón. Pero todo eso se queda pequeño ante lo que se ha anunciado esta semana. Ha comenzado una nueva era científica".

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