jueves, 18 de febrero de 2016

Olas de gravedad

Por Martín Bonfil Olivera
Dirección General de Divulgación de la Ciencia, UNAM
Publicado en Milenio Diario, 18 de febrero de 2016


El jueves pasado, 11 de febrero, la comunidad científica mundial –y, con un poco de retraso, los medios de comunicación– se estremeció por lo que muchos califican de “el descubrimiento científico del siglo” (no sé si lo sea, pero seguro es por lo menos el del año, y probablemente el de la década). El Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO) cumplió con el cometido para el que fue construido: detectar de manera categórica, por primera vez desde que fueron predichas por la teoría general de la relatividad de Einstein, ondas de gravedad.

¿Qué son las ondas gravitacionales, y por qué es importante este descubrimiento? Vamos por partes.

Si el lector estuviera sumergido en una piscina con la cabeza fuera, y alguien arrojara una piedra al agua, podría ver las olas –ondas– que el impacto causaría en la superficie del agua. Si estuviera sumergido y, digamos, un pequeño petardo estallara dentro de la piscina, no vería olas, pero sentiría el golpe tridimensional de las ondas de impacto, que se transmitiría a través de todo el cuerpo de agua.

En ambos casos, las ondas están formadas por agua en movimiento oscilante. Hay otras cosas que se transmiten mediante ondas: el sonido, que también requiere de algún material –gaseoso, líquido o sólido– y la radiación electromagnética, que se transmite en el vacío. Pero las ondas gravitacionales son algo completamente distinto. No son la forma como se transmite la gravedad, sino algo más complejo.

Durante toda su historia, la humanidad pudo observar el universo que nos rodea –estrellas y planetas y galaxias– solamente a través de la luz visible que llega desde ellos hasta nosotros. Primero a simple vista, y luego usando telescopios cada vez más precisos y potentes. En los años 30 del siglo pasado se construyeron los primeros radiotelescopios: telescopios que podían captar otro tipo de radiación electromagnética: las ondas de radio. Más adelante, se construyeron telescopios que captan luz infrarroja, ultravioleta, rayos X y microondas. Cada una de estas “ventanas” que abrimos para estudiar el universo nos ofreció nuevas revelaciones. Pero se trataba siempre de ondas electromagnéticas, aunque de distintas longitudes.

Cuando a principios del siglo XX Albert Einstein propuso su teoría de la relatividad, cambió por completo la manera en que entendemos el espacio, el tiempo y la gravedad. Antes, el espacio y el tiempo se consideraban inmutables, y la gravedad era una fuerza de atracción entre cuerpos. Pero Einstein mostró que la masa de los cuerpos es capaz de deformar lo que él llamó “el espaciotiempo” (pues en su visión el tiempo es una cuarta dimensión equivalente a las tres del espacio; de ahí los extraños fenómenos relativistas en que el espacio y el tiempo se distorsionan). La gravedad es precisamente esa deformación del espaciotiempo causada por la masa.

Entonces, si dos masas muy grandes llegaran, por ejemplo, a chocar, producirían una onda de deformación que se iría expandiendo por todo el espaciotiempo a su alrededor: ondas de gravedad.

El interferómetro de LIGO en
Hanford, estado de Washington
El proyecto estadounidense LIGO se construyó, con un costo de más mil cien millones de dólares durante más de 40 años, justo para detectar estas ondas. Consiste en dos enormes interferómetros: aparatos en que un rayo de luz láser se hace rebotar en espejos a lo largo de dos tubos dispuestos en ángulo recto, como una L. Uno está situado en Washington y otro en Luisiana; cada uno tiene dos brazos de 4 kilómetros de longitud. Si una onda de gravedad pasara por estos lugares, el espacio mismo se deformaría (y no podríamos darnos cuenta). Pero, por ser perpendiculares, dicha deformación sería más notoria en uno de los brazos de los detectores que en el otro. Como las dos ramas del rayo láser se hacen coincidir en el centro, la deformación producida por la onda de gravedad se detectaría porque en lugar de coincidir perfectamente, habría un patrón de interferencia entre los dos rayos de luz. (La interferometría es la misma técnica que se utilizó originalmente, en 1887, para medir con precisión la velocidad de la luz.)

El 14 de septiembre del año pasado, LIGO, cuya sensibilidad le permite detectar cambios en la longitud de sus brazos de una diezmilésima del tamaño de un protón, fue puesto en marcha. Se esperaba que pudiera detectar el choque de pares de estrellas de neutrones que giran una alrededor de otra. Pero halló algo mejor. Casi de inmediato detectó una señal intensa que, al ser analizada, resultó ser producida por el choque de dos enormes agujeros negros, con masas de 36 y 29 veces la del Sol, que giraban alrededor de su centro de gravedad cada vez más rápidamente –250 veces por segundo, al final–, hasta que se fundieron para producir un agujero negro aún más enorme: de 62 masas solares. El proceso duró un quinto de segundo.

¿Y las 3 masas solares faltantes? Se convirtieron en la energía que se propagó en forma de ondas gravitacionales.

El descubrimiento confirma la teoría de Einstein, y revela que existen agujeros negros binarios que giran en pareja. Además, justifica el gasto en el LIGO y asegura que se construirán nuevos y más potentes interferómetros (incluso en el espacio). Pero no sólo eso: constituye una manera totalmente nueva de explorar el universo, ya no a través de ondas electromagnéticas sino gravitacionales. Es, según los expertos, como si hasta ahora la humanidad sólo hubiera tenido ojos, y hoy también gozáramos de oídos.

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Contacto: mbonfil@unam.mx

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4 comentarios:

Martín Bonfil Olivera dijo...

Fe de erratas: donde decía "(pues en su visión el espacio es una cuarta dimensión equivalente a las tres del espacio" debía decir "pues en su visión el TIEMPO es una cuarta dimensión equivalente a las tres del espacio". Ya esta corregido en el texto principal.

Jorge Saavedra dijo...

Martín, creo que hay un error, ¿no sería tiempo en lugar de espacio en esta parte?:(pues en su visión el espacio es una cuarta dimensión equivalente a las tres del espacio; ...) Saludos.

Martín Bonfil Olivera dijo...

En efecto. Ya me lo había señalado alguien en Facebook, y ya esta corregido. ¡Disculpas!

Wm Gille Moire dijo...

No sé qué será peor: ser hologramas, o estar metidos en un gigantesco flan gelatinoso...