EXPECTATIVAS GENERADAS A RAÍZ DE LA DETECCIÓN DE LAS ONDAS GRAVITACIONALES

 

Hasta la década de 1930, las ondas electromagnéticas de frecuencia óptica (luz visible) constituyeron la única ventana posible para observar el Cosmos. La exploración del Universo adquirió entonces un impulso espectacular con la llegada de la radioastronomía, que facilitó la apertura de las ventanas infrarroja, de rayos X y ultravioleta, y trajo consigo importantes avances, al permitir el acceso a una parte de fenómenos del Universo que hasta entonces resultaban invisibles. Cada forma de radiación electromagnética ofreció una perspectiva nueva del Universo generando conocimientos de gran relevancia.

 

En el momento presente se espera una aportación semejante de la observación y la medición directa de ondas gravitacionales, ya que dichas ondas son de una clase diferente a las ondas electromagnéticas y, por ello, se considera que ofrecerán una imagen nueva del Cosmos.  Así se espera, por ejemplo, desvelar la fracción hasta ahora inobservada del Universo constituida por la denominada materia oscura (una fracción nada desdeñable del 96%), hacer posible posible la observación de agujeros negros, y, también, aportar nuevos detalles al estudio del eco de la Gran Explosión.

 

 

Kip Thorne (en rueda de prensa celebrada en 2016)
 

Estas grandes expectativas parecen haberse abierto definitivamente con el éxito recién obtenido del proyecto LIGO, el instrumento óptico de precisión más grande del mundo, que comenzó en 1984 de la mano de Kip Thorne, titular de la cátedra Feynman del Instituto Tecnológico de California (Caltech), y de Reiner Weiss, catedrático de física en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). LIGO consta de dos detectores separados por 3000km (uno en Luisiana y otro en el estado de Washington) compuestos, cada uno de ellos, por dos haces de luz láser, cuya longitud exacta de 4 km se ve modificada por una onda gravitacional. El instrumento es capaz de detectar una variación equivalente a la diezmilésima parte del diámetro de un núcleo atómico, lo que supone la medida más precisa hecha nunca por un instrumento científico.

 “Hemos visto una tormenta en la que se podría viajar en el tiempo” (Entrevista a Kip Thorne)
 

El experimento LIGO, para la detección de ondas gravitacionales, realiza simulaciones con superordenadores que reproducen, aplicando las leyes de la relatividad, todos los fenómenos que podrían producir dichas ondas: parejas de estrellas de neutrones, supernovas, agujeros negros, etc. Estas simulaciones se comparan con frecuencia de la señal real que capta el LIGO y así se sabe cuál es la fuente de las ondas.
 

Las ondas gravitacionales se detectaron en septiembre de 2015 y los resultados se han dado a conocer en febrero de 2016. Se produjeron por la fusión de dos agujeros negros, de 36 y 29 masas solares, en uno sólo de 62 masas solares. La diferencia (3 masas solares)  se convirtió en una oleada de energía y se calcula que entre perturbaciones gravitatorias (como las ondas gravitatorias detectadas) y radiación electromagnética, el violento proceso desprendió tanta energía como emite nuestro Sol en 15 billones de años.

 

Descubierta la primera señal de ondas gravitacionales (El pais, 11/02/2016)

Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger  (Physical Review Letters, 2016)
 

 
 

En un futuro próximo se espera que satélites de tercera generación se lancen al espacio para explorar con mayor detalle las ondas gravitacionales. En este sentido, destaca el proyecto espacial NGO (New Gravitational wave Observatory, antes llamado LISA, Laser Interferometer Space Antenna), que la Agencia Espacial Europea (ESA) está considerando con el fin de construir un observatorio espacial dedicado a las ondas gravitacionales que podría estar operativo más allá del año 2020. En uno de sus diseños preliminares, el NGO prevé utilizar tres naves espaciales idénticas, ubicadas en los vértices de un triángulo equilátero de cinco millones de kilómetros de lado.

 

 

El centro de dicho triángulo trazará una órbita heliocéntrica en el plano de la eclíptica a una distancia del Sol de una unidad astronómica y 20º por detrás de la órbita terrestre. Esta separación angular con la Tierra es suficientemente grande para que el campo gravitatorio del sistema Tierra-Luna no interfiera en los experimentos y suficientemente pequeña para garantizar una buena comunicación entre la estación espacial y la Tierra.

Las tres naves transportarán sistemas ópticos emisores y detectores que les permitirán rastrearse entre sí y que actuarán conjuntamente para medir las ondas gravitaciones que pasen cerca. Cuando las ondas gravitacionales atraviesen la región del espacio en que se encuentren las naves, sus distancias relativas deberán modificarse por una perturbación espacio-temporal, de la que darán cuenta los instrumentos (medirán pequeñas variaciones de fase de los haces láser que las conectan).

Científicos de Barcelona y Baleares participarán en rediseño del observatorio espacial LISA (Elmundo.es, EFE, 18/05/2011)

  

 

Finalmente mencionamos otro tipo experimento de candente actualidad, en el que se está buscando (de momento sin éxito), la posible observación de las huellas que debieron dejar en la radiación de fondo las ondas gravitacionales generadas en los primeros instantes de la formación del Universo. Los detalles se pueden consultar en éste apartado del tema dedicado específicamente al estudio de campo gravitatorio.