ANáLISIS

La humanidad estrena "ojos" para ver un nuevo universo

El descubrimiento de ondas gravitacionales no solo es relevante por confirmar las predicciones de Einstein, sino porque abre una nueva vía de observación del cosmos al margen de la radiación electromagnética. Estas son las claves de esta nueva era de la astronomía.

Las ondas gravitacionales son ondulaciones concéntricas que encojen y estiran la ‘tela’ del espacio-tiempo
Las ondas gravitacionales son ondulaciones concéntricas que encojen y estiran la ‘tela’ del espacio-tiempo NASA

Son los primeros datos del cosmos al margen de la radiación electromagnética

"Esto es solo el principio, ahora empezaremos a escuchar al universo". Con estas emocionantes palabras han descrito los responsables del experimento LIGO la primera observación directa de las ondas gravitacionales predichas por Albert Einstein hace cien años en el marco de su Teoría de la Relatividad General. La señal se detectó el pasado 14 de septiembre, cuando los dos gigantescos detectores situados en Hanford (estado de Washington) y Livingston (Luisiana) registraron un ligerísimo salto en las gráficas. De acuerdo con los datos presentados por los investigadores este jueves, este leve "trino" es el resultado de una perturbación del espacio-tiempo producida por dos agujeros negros bailando en la oscuridad a 1.300 millones de años luz antes de fundirse en un abrazo final. 

La detección directa de ondas gravitacionales es todo un prodigio de precisión e ingenio humanos. Los enormes detectores son dos interferómetros que detectan variaciones hasta un extremo difícil de imaginar. Explicado de forma simple, el sistema consiste en disparar un láser en el interior de un tubo en forma de L con 4 km de extensión en cada brazo y hacerlo rebotar contra un espejo. Este láser debe funcionar como una especie de resonador absolutamente estático que los científicos utilizan de chivato para medir la distancia entre los espejos. Si una onda gravitacional golpea contra el detector, la distancia entre los espejos varía levemente y los científicos tienen una señal. Pero para poder estar seguros de que no es una falsa lectura, ni ruido en el ambiente, deben medir lo mismo desde otro lugar muy alejado (el otro detector en forma de L situado a cientos de kilómetros). Conseguir que el interferómetro no sufra perturbaciones externas ha sido una especie de odisea. Para empezar, los 4 kilómetros de cada brazo del LIGO se construyeron teniendo en cuenta la curvatura de la Tierra. Para evitar que las propias vibraciones del planeta modificaran la distancia entre los espejos se utilizaron péndulos de "suspensión cuádruple", que los mantenían absolutamente invariables, y se colocó todo el sistema en el vacío para impedir que algún contaminante o gas alterara la trayectoria del haz de láser.

Con todas estas precauciones, los físicos han detectado un movimiento entre los espejos equivalente a la diezmilésima parte de un protón. Para entenderlo, imagine lo pequeño que puede ser un átomo. Ahora trate de imaginar una partícula proporcionalmente mucho más pequeña en el interior de su núcleo, en este caso el protón. Coja ese protón y divídalo en 10.000 partes y ya tendrá el espacio que se ha movido el espejo y que ha servido para detectar una onda gravitacional. En metros, esa distancia se expresa así:

0,0000000000000000001 m

En comparación con los 4 km que recorre la luz en el detector, esta medida es el equivalente a medir la distancia de la Tierra a la estrella más cercana, Proxima centauri, y tener una variación del tamaño de un cabello. Esa distancia se expresa en las gráficas en forma de pequeña variación simultánea en los dos detectores. Como ha explicado la portavoz del experimento, Gabriela González, “LIGO construyó dos detectores porque estamos viendo distorsiones tan pequeñas que solo puedes creer que son ciertas cuando se ven en dos sitios a la vez”. Ese pequeño “chirrido” simultáneo en la señal es el resultado de una onda gravitacional que movió los espejos de los detectores después de viajar durante más de 1.000 millones de años desde el otro extremo del universo. En términos temporales, pensemos que la señal se produjo cuando la vida multicelular empezaba a expandirse en nuestro planeta. “Y es el clic que estábamos buscando”, ha dicho González. Tener dos detectores es como tener dos orejas, pero los físicos solo pueden predecir la localización aproximada de esos dos agujeros negros en colisión. Cuando se pongan en marcha los otros detectores gravitacionales previstos en Europa, Japón e India, los científicos podrán triangular y saber exactamente de dónde procede.

Por ésta y otras razones, el descubrimiento anunciado hoy es el más relevante y esperado por los científicos desde el hallazgo del bosón de Higgs, pero su importancia no está ni en el evento detectado (sabemos bastante sobre choques entre agujeros negros) ni en la confirmación de la Relatividad general. Ni siquiera en su asombrosa precisión. Lo más interesante de este descubrimiento es que abre una nueva era en la historia de la observación astronómica, pues es la primera vez que obtenemos información del cosmos al margen de la radiación electromagnética. En otras palabras, es como si además de "mirar" el universo empezáramos a escucharlo. "Hace 400 años, Galileo miró al cielo y abrió la era de la observación astronómica", ha recordado David Reitzer, director ejecutivo de LIGO. "Ahora estamos haciendo algo parecido, abriendo la ventana de la astronomía gravitacional".

“Estamos abriendo la ventana de la astronomía gravitacional".

Desde que empezáramos a usar microscopios y telescopios hace más de cuatro siglos, los seres humanos hemos conseguido detectar todo tipo de fenómenos inapreciables a simple vista. El descubrimiento de la naturaleza de la luz y las frecuencias espectrales extendió aún más nuestros sentidos y nos permitió detectar lo que ocurría en otras longitudes de onda. Gracias a estos avances hemos detectado colisiones de galaxias a miles de años luz, la expansión acelerada del universo o la radiación de fondo cósmico de microondas, una primera imagen de lo que ocurrió tras el big bang. Pero todos estos hallazgos tienen un elemento en común: todos se han producido, en mayor o menor medida, a partir de observaciones de ondas de luz.

"Todas las otras ventanas en las que han mirado los astrónomos son electromagnéticas", ha recordado el físico Kip Thorne durante la presentación de los resultados. Cada vez que se ha abierto una de estas ventanas, ha recordado, ha habido grandes sorpresas. "Y las ondas gravitacionales son tan radicalmente diferentes que podremos tener mayores sorpresas que las que hemos tenido hasta ahora". "Es el tipo de inventos que aparecen una vez cada muchos años, como el telescopio y el microscopio, que cambian completamente la percepción humana del universo y nuestro lugar en él", subraya Frederick Raab, responsable del LIGO en Handford. ¿Qué significa esto? Pues que una vez conocido el método para interpretar las señales producidas por las sacudidas del espacio-tiempo, los científicos podrán explorar muchos más fenómenos, porque ya saben cómo funciona la herramienta. "Una vez que detectemos las ondas gravitacionales y podamos hacerlo todo el tiempo", anticipa Jameson Rollins, responsable del programa de  interferómetros. "De repente estaremos haciendo astrofísica con ondas gravitacionales,  algo que nunca se ha hecho antes".

LIGO - What is a Gravitational Wave? from Kai Staats on Vimeo.

¿Qué tipo de fenómenos se pueden detectar? La clave está en que las ondas gravitacionales pueden contarnos cosas sobre fenómenos en lugares donde no emerge la luz, como el corazón de una supernova, o los instantes anteriores a la radiación cósmica de microondas. "A diferencia de las ondas electromagnéticas ordinarias", recuerdan desde el Departamento de Física Teórica I de la Universidad Complutense de Madrid, "las ondas gravitacionales no son absorbidas ni reflejadas por la materia, por lo que pueden viajar directamente desde la fuente hasta nosotros y, de esta forma, podrán proporcionar información valiosísima de procesos astrofísicos y cosmológicos lejanos". En cuanto LIGO y los nuevos detectores empiecen a funcionar (este año está prevista la reapertura del detector italo-francés VIRGO) los físicos podrán triangular y completar la información con lo que vean los 75 observatorios astronómicos coordinados para poner toda su atención en la región del cielo de la que provenga la onda. “Esto es solo es el principio”, ha resumido González, “hemos descubierto ondas, ha sido un camino muy largo, pero es el primero de muchos que vendrán. Ahora que tenemos detectores empezaremos a escuchar el universo”.

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