Ondas gravitacionales 12

MARTA CARRILLO SORIANO CULTURA CIENTร FICA

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Descubrimiento de las Ondas Gravitacionales El

ÍNDICE

 Breve historia de las Ondas Gravitacionales  La Teoría de la Relatividad Especial de Einstein o ¿Qué relación tiene el espacio-tiempo y la Teoría de la Relatividad con las Ondas Gravitacionales?  El descubrimiento de las Ondas Gravitacionales o ¿Cómo se comportan? o ¿Se pueden escuchar? o ¿De dónde vienen y como se generan? o ¿Qué se ha observado? o ¿Qué es LIGO? o ¿Existen otros instrumentos capaces de detectarlas?  La importancia de las Ondas Gravitacionales  Personas importantes en el descubrimiento de las Ondas Gravitacionales  Entrevistas y testimonios  Bibliografía

Albert Einstein predijo la existencia de las ondas gravitacionales hace cien años, pero creía que eran extremadamente débiles y, por lo tanto, imposibles de encontrar. Desde entonces, investigadores de todo el mundo han intentado dar con ellas. Finalmente, en 2015, se consiguió. Dos han sido las veces que los investigadores de LIGO han logrado detectarlas: la primera en febrero y la segunda en diciembre. Su hallazgo podría ayudar a detectar algunos de los eventos más violentos del Cosmos, como la fusión de agujeros negros y de estrellas de neutrones, la explosión de supernovas e incluso la del Big Bang, que dio origen al Universo hace 13.800 millones de años. Además, su aparición podría dar origen a una nueva era de la astronomía, con una fuente de información sobre los objetos distantes independiente de la luz y otras formas de radiación electromagnética.

BREVE HISTORIA DE LAS ONDAS GRAVITACIONALES La relatividad general nos muestra que el espacio no es algo estático e indeformable y tampoco es independiente del tiempo. El tejido del universo es el "espacio-tiempo", en cierta forma parecida a una cama elástica. Las masas, como la Tierra, lo deforman curvándolo. Lo que se encuentra cerca de ellas, como la Luna, tiende a caer hacia esa "hendidura". Eso es la gravedad.

" El

espacio-tiempo le dice a

la materia cómo moverse, la materia le dice al espaciotiempo cómo curvarse".

Mientras Einstein estudiaba las ecuaciones de la relatividad, descubrió que cuando las masas se mueven de forma acelerada producen "radiación gravitatoria", que hoy conocemos como ondas gravitacionales.

Era el año 1916. Sin embargo, durante las décadas siguientes, este nuevo tipo de ondas fue prácticamente ignorado. Algunos científicos no pensaban que existiesen realmente. Otros consideraban que los efectos medibles eran tan pequeños que nunca podríamos detectarlas.

La situación no cambiaría hasta los años 70.

El descubrimiento de los púlsares llevó a la primera evidencia indirecta de ondas gravitacionales.

En 1967 se descubrió el primer púlsar, una estrella de neutrones que, como un faro, emite luz mientras gira.

En 1973, Hulse y Taylor descubrieron una pareja formada por un púlsar y una estrella de neutrones que giraban el uno entorno a la otra. Después de observarlos durante años, midieron que la distancia entre ellos se iba haciendo cada vez más pequeña. Y la única explicación que encajaba con los datos, y además a la perfección, es que estaban perdiendo energía al emitir ondas gravitacionales.

En 1993 Hulse y Taylor se llevarían un premio Nobel por el descubrimiento.

Los efectos de las ondas gravitacionales son tan pequeños que se necesitan detectores gigantescos.

La primera observación indirecta de ondas gravitacionales ayudó a consolidar los incipientes proyectos para detectarlas directamente. Sin embargo, el coste de la construcción de un detector de varios kilómetros no es asumible por una sola universidad.

Es así como nace una alianza entre dos de los institutos de investigación más fuertes en Estados Unidos, MIT (Instituto de Tecnología de Massachussets) y Caltech (Instituto de Tecnología de California). El resultado es el Observatorio de interferometría láser de ondas gravitacionales, LIGO. A principios del siglo XXI comienzan a funcionar varios detectores de ondas gravitacionales.

LIGO cuenta con dos instalaciones, que se extienden a lo largo de 4 kilómetros. Europa y Japón también cuentan con sus propias instalaciones, si bien algo más pequeñas.

Hoy en día LIGO se ha ampliado a una colaboración internacional (LSC) a la que contribuyen grupos científicos de todo el mundo. Entre ellos, en España está el Grupo de Relatividad y Gravitación de la UIB. Las versiones avanzadas de los detectores están funcionando.

Advanced LIGO, el mayor observatorio de ondas gravitacionales, comenzó a funcionar en 2015. Con dos detectores en Estados Unidos, la primera detección directa de ondas gravitacionales tuvo lugar el 14 de Septiembre de 2015. Ésta promete ser la década de la astronomía de ondas gravitacionales. 100 años después de que Einstein predijera su existencia, las ondas gravitacionales abrirán una nueva ventana al universo.

Gracias

a este descubrimiento, seremos capaces de observar todo tipo de exóticos sucesos como colisiones de agujeros negros y explosiones supernovas.

LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD ESPECIAL DE EINSTEIN (1905)

Albert Einstein basó su Teoría de la Relatividad Especial en dos sencillas hipótesis: 1. Las leyes de la física son las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales, es decir sistemas que se mueven a velocidad constante. Dicho de otra manera, si una ley física se cumple en un lugar concreto del Universo, debe cumplirse también en otro punto diferente.

2. La velocidad de la luz en el vacío es una constante universal, "c", que es independiente del movimiento de la fuente de luz.

A partir de estas dos hipótesis Einstein desarrolló su teoría, obteniendo resultados sorprendentes que han sido confirmados experimentalmente una y otra vez.

Antes de Einstein pensábamos que el tiempo era invariante, es decir, una propiedad que no cambia su valor si nos encontramos en lugares diferentes del Universo a velocidades diferentes y/o con orientaciones diferentes. Pensábamos que el tiempo transcurrido entre dos acontecimientos, que en adelante denominaremos “eventos”, sería el mismo si lo mide una persona que se encontrase en la Tierra o si lo mide una persona que se encontrase viajando a una cierta velocidad. Es lo que indica nuestro sentido común. Pero tras Einstein, el tiempo dejó de ser una cantidad invariante, absoluta, y además de este, también el espacio. Tiempo y espacio depende de la velocidad a la que nos desplacemos. En este caso concreto, la cuestión es que para que el efecto de cambio en el tiempo y espacio sea apreciable hay que viajar a velocidades que no son para nada comunes en nuestro día a día, velocidades muy altas, próximas a la velocidad de la luz.

Tanto tiempo como espacio son maleables, dependen de la velocidad de las cosas. Esto molesta de sobremanera a los físicos, pues siempre buscan ecuaciones que pongan de manifiesto fenómenos de la naturaleza en las que intervengan variables de tal forma que todos los observadores se pongan de acuerdo respecto a su valor: cantidades invariantes.

Verdaderamente es un fastidio que esto no sea así. Imagina que quieres vender una parcela, que tras medirla, tiene una superficie de 100 Ha. Pero llega el comprador y te dice que él ha medido una superficie de 70 Ha, la mides tú y vuelves a comprobar que te sale 100 Ha.

¿Quién tiene razón? Einstein puso de manifiesto que podría ser que ambos… Debemos encontrar nuevas cantidades que sí sean invariantes, para que de esta manera sean válidas bajo todas las circunstancias de los observadores.

Si tiempo y espacio son variantes, debemos desarrollar otro marco de referencia en el que podamos obtener cantidades invariantes. En su búsqueda, Einstein definió una nueva entidad del espacio y del tiempo para comprobar si se podía encontrar una cantidad que medida en ella, todos los observadores se pusieran de acuerdo: combinó espacio y tiempo a combinar espacio y tiempo. Puede resultar extraño, pues el espacio es el espacio y el tiempo, el tiempo. Pero la cosa puede tener su lógica, si espacio y tiempo no son invariantes por separado, tal vez una combinación de los mismos de lugar a alguna cantidad invariante.

De esta manera, de tener espacio y tiempo como entidades independientes, pasamos a tener una única entidad: el “espacio-tiempo”.

El tiempo entra como una dimensión más en la que suceden las cosas. De hecho, si se piensa, la idea no es descabellada: para describir el evento de una cosa, además de indicar la posición exacta donde ocurre (indicar las tres coordenadas espaciales), debemos indicar otra coordenada más: el tiempo. Por ejemplo, para concertar una cita con alguien, además de indicarle el lugar del encuentro, debemos indicarle la hora. Pasamos de tener una entidad de tres dimensiones a una con cuatro, incluyendo el tiempo como una dimensión más. Esta dimensión adicional tiene propiedades diferentes a las del espacio, pues mientras que en éstas podemos movernos libremente en todas direcciones (arriba y abajo, izquierda y derecha y hacia delante o atrás) en la dimensión temporal únicamente nos podemos mover en sentido positivo, hacia arriba, con el paso del tiempo.

 ¿Qué relación tiene el espacio-tiempo y la Teoría de la Relatividad con las ondas gravitacionales?

La teoría de la Relatividad de Einstein nos dice que el espacio y el tiempo son dos aspectos de una misma cosa, a la que llamamos el espacio-tiempo. Se puede imaginar como una especie de tejido que envuelve todo, compuesto de cuatro dimensiones (tres espaciales, y una temporal). Aunque pensamos en la gravedad como una fuerza, que nos empuja hacia un objeto, Einstein entendió que era algo diferente. La gravedad es la consecuencia de la curvatura de ese tejido del espacio-tiempo.

Un objeto masivo distorsiona la forma del espacio y, si otro objeto se mueve a través de ese espacio curvado, se acelera. Esto es lo que llamamos gravedad.

La teoría de la relatividad general nos dice, también, que si un objeto masivo es acelerado, provocará ondas que se alejarán a medida que se mueve: son las ondas gravitacionales. Son ondas en la propia fábrica del espacio-tiempo, y hace que ese tejido se expanda y se contraiga cuando pasa una onda.

Es

similar a lo que se observa

cuando tiras una roca en un charco y ves que su superficie se distorsiona mientras lo recorren las ondas que ha provocado.

EL DESCUBRIMIENTO DE LAS ONDAS GRAVITACIONALES Las ondas gravitacionales son vibraciones en el espacio-tiempo, el material del que está hecho el universo. En 1916, Albert Einstein reconoció que, según su Teoría General de la Relatividad, los cuerpos más violentos del cosmos liberan parte de su masa en forma de energía a través de estas ondas.  ¿Cómo se comportan las ondas gravitacionales?

Son comparables a las ondas que se mueven en la superficie de un estanque o el sonido en el aire. Las ondas gravitacionales deforman el tiempo y el espacio y, en teoría, viajan a la velocidad de la luz. Su paso puede modificar la distancia entre planetas, aunque de forma muy leve. Como explica Kip Thorne, uno de los pioneros en la búsqueda de estas ondas, estos efectos deben ser especialmente intensos en las proximidades de la fuente, donde se producen "tormentas salvajes" que deforman el espacio y aceleran y desaceleran el tiempo.  ¿Se pueden escuchar estas ondas?

Las frecuencias de algunas ondas coinciden con las del sonido, por lo que pueden traducirse para ser escuchadas en forma de leves pitidos.

El 14 de septiembre de 2015, los físicos de LIGO detectaron por primera vez ondas gravitacionales enviadas desde un par de agujeros negros en colisión, cada uno de aproximadamente 30 veces la masa del Sol. El evento, increíblemente poderoso, solo duró una fracción de segundo, pero liberó 50 veces más energía que todas las estrellas en el Universo observable. Esas ondas han sido convertidas en ondas sonoras en una animación, de forma que cualquiera puede escucharlas.

En la primera serie de la animación, las frecuencias de las ondas de sonido se corresponden exactamente con las frecuencias de las ondas gravitacionales. La siguiente serie es lo mismo, pero en una frecuencia más alta que se ajusta mejor al rango de audición humana. Como los agujeros negros en espiral están cada vez más cerca, la frecuencia de las ondas

gravitacionales aumenta. Los científicos llaman a estos sonidos «gorjeos», debido a que algunos eventos que generan las ondas gravitacionales podrían sonar como el gorjeo de un pájaro.

 ¿De dónde vienen y cómo se generan?

Todo genera ondas gravitacionales. Pero, cuanto más masivo sea un objeto, y mayor sea la aceleración que experimenta, más energía tendrán esas ondas y más fácil será que se puedan detectar. La Tierra gira alrededor del Sol una vez al año, acelerada por la gravedad de nuestra estrella. Sin embargo, ese movimiento es demasiado lento como para poder detectar las ondas que emite.

Si pasamos a objetos que sean muchísimo más masivos, como las estrellas de neutrones, sí que nos encontramos ante ondas que podemos detectar. De hecho, las ondas gravitacionales ya fueron observadas en 1974 de manera indirecta. Los astrónomos Joseph Taylor y Russell Hulse descubrieron un sistema binario de estrellas de neutrones. Orbitaban en torno a la otra con mucha velocidad, completando una órbita en sólo ocho horas. A medida que van girando, esas estrellas emiten un poco de energía en forma de onda gravitacional.

Esa energía procede de la energía orbital de la estrella. Es decir, a medida que las estrellas de neutrones emiten ondas gravitacionales, pierden energía orbital, provocando que la órbita encoja (ambas estrellas están un poco más cerca) y que la duración de su órbita también se reduzca. Con el paso del tiempo, ese deterioro orbital puede medirse con mucha precisión, y encajaba perfectamente con lo que predecía la relatividad general.

Por ese hallazgo, Taylor y Hulse ganaron un Premio Nobel. Habían detectado las ondas gravitacionales de manera indirecta. Habían visto cómo la pérdida de energía, al emitir las ondas, afectaba a las órbitas de las estrellas. Pero no llegaron a detectar las ondas en sí mismas.

Las ondas gravitacionales son creadas por masas en movimiento. Las explosiones estelares en supernovas, las parejas de estrellas de neutrones y otros eventos producen ondas gravitacionales que tienen más energía que billones y billones de bombas atómicas. La fusión de dos agujeros negros supermasivos es la fuente más potente de estas ondas que puede haber, pero estos fenómenos no son muy frecuentes y además suceden a millones de años luz del Sistema Solar. Para cuando las ondas llegan a nuestro sistema son tan débiles que detectarlas supone uno de los mayores retos tecnológicos a los que se ha enfrentado la humanidad.

 ¿Qué ocurre cuando dos agujeros negros colisionan?

Cuando dos agujeros negros se encuentran, empiezan a orbitar alrededor del centro de masas del sistema, acercándose cada vez más entre sí y, por tanto, girando cada vez más rápido (porque la fuerza gravitatoria crece exponencialmente a medida que se reduce la distancia) hasta que colisionan, liberando una inmensa cantidad de energía.

Curiosamente, la masa del agujero negro resultante es algo menor que la suma de las dos masas, ya que este proceso libera una gran cantidad de energía y, como sabemos, existe una equivalencia entre la energía y la masa, expresada por la famosa fórmula de Einstein.

Este es el tipo de colisión que cabe esperar cuando entran en contacto dos agujeros negros normales.

Sin embargo, existen otro tipo de agujeros negros: los agujeros negros supermasivos. Como su nombre indica, tienen una masa muchísimo mayor que los agujeros negros corrientes.

Mientras el mayor agujero negro formado tras el colapso de una estrella tiene una masa equivalente a unas 33 veces la del sol, un agujero negro supermasivo puede alcanzar una masa miles de millones superior a la del sol.

Por poner un ejemplo, el agujero negro que se encuentra en el centro de la galaxia NGC 1277 es el más grande conocido, con una masa de 17 mil millones de soles.

Por suerte, no vagan por el espacio tragándose todo lo que encuentran. Los agujeros negros supermasivos se encuentran confinados en el centro de las galaxias y son, en parte, el foco de gravedad que mantiene las estrellas de la galaxia en su sitio.

Esta

imagen muestra una comparación entre el tamaño de un agujero negro supermasivo y las órbitas de Neptuno y la Tierra.

Al contrario que los agujeros negros convencionales, los supermasivos no se forman directamente con la explosión de una estrella de un tamaño inconcebible. Aún no se conocen del todo los mecanismos de su formación, pero tenemos pistas que nos dan una idea.

Sabemos que las primeras estrellas que aparecieron en el universo eran muchísimo más grandes que las actuales, así que quemaban su combustible muy rápido y terminaban sus vidas formando agujeros negros inmensos.

Estos agujeros negros crecerían a medida que absorbían gas y polvo interestelares o incluso otras estrellas del centro galáctico hasta que eventualmente su gran masa los colocaría en el centro de las galaxias que empezaban a tomar forma. Mientras las primeras galaxias colisionaban entre sí y crecían más grandes, los agujeros negros que contenían sus núcleos se fusionaban, creando creando elementos aún mayores.

La colisión entre dos galaxias eventualmente terminará en la fusión de sus agujeros negros centrales.

Pero, según las simulaciones informáticas, el choque entre agujeros negros súpermasivos no tiene por qué resultar en la fusión de los dos cuerpos originales.

Los agujeros negros rotan sobre su propio eje, igual que lo hace la Tierra, aunque éstos lo hacen bastante más rápido. Mientras un punto en la superficie de nuestro planeta da vueltas a unos 1.333 kilómetros por hora, un agujero negro súper-masivo lo hace a casi la mitad de la velocidad de la luz, que son unos 150.000 kilómetros por segundo.

A estas velocidades, un agujero negro súpermasivo puede salir despedido hacia el espacio al entrar contacto con otro, igual que ocurre algunas veces cuando dos peonzas chocan. Por suerte o por desgracia, este fenómeno aún no ha sido observado y tan sólo las simulaciones informáticas sugieren su existencia.

 Las Estrellas de Neutrones

Las estrellas de neutrones son remanentes estelares que han alcanzado el fin de su viaje evolutivo a través del espacio y el tiempo.

Estos objetos nacen de estrellas anteriormente gigantes que crecen de cuatro a ocho veces el tamaño del Sol antes de explotar en supernovas catastróficas. Después de la explosión, las capas exteriores de una estrella salen despedidas al espacio, permaneciendo el núcleo pero sin volver a producir fusión nuclear.

Sin presión exterior de la fusión para contrarrestar el empuje interior de la gravedad, se colapsa. la estrella se condensa y A pesar de su pequeño diámetro (alrededor de 12,5 millas, o 20 kilómetros) las estrellas de neutrones pueden presumir de contener 1,5 veces la masa del Sol, por lo que son

Un ejemplo famoso es la nebulosa del Cangrejo; en su centro hay un púlsar, o estrella de neutrones que gira a gran velocidad.

increíblemente densas. Un solo trozo de materia de estrella de neutrones con el tamaño de un terrón de azúcar pesaría cien millones de toneladas en la Tierra.

La casi incomprensible densidad de una estrella de neutrones hace que protones y electrones se combinen en neutrones: el proceso del cual toman su nombre. La composición de sus núcleos es desconocida, pero es probable que consistan en un superfluído de neutrones o algún estado de la materia desconocido.

Las estrellas de neutrones contienen un empuje gravitatorio extremadamente fuerte, mucho mayor que el de la tierra. Esta fuerza gravitatoria es particularmente impresionante dado el pequeño tamaño de la estrella.

Las

presiones asombrosas del núcleo de las estrellas de neutrones podrían ser como las que existieron en el momento del Big Bang, pero estos estados no pueden simularse en la Tierra.

Durante su formación, las estrellas de neutrones rotan en el espacio. A medida que se comprimen y encogen, el giro en espiral se acelera debido a la conservación del momento angular.

Estas estrellas se ralentizan gradualmente sobre los eones, pero los cuerpos que todavía giran a gran velocidad pueden emitir radiación que desde la Tierra parece destellar a medida que gira, como el haz de luz de un faro. Esta apariencia de "pulso" da a algunas estrellas de neutrones el nombre de púlsares.

Después de girar durante varios millones de años, los púlsares se quedan sin energía y se convierten en estrellas de neutrones normales. Pocas de las estrellas de neutrones que se conocen son púlsares. Tan sólo se conoce la existencia de unos 1.000 púlsares, mientras que podría haber cientos de millones de estrellas de neutrones en la galaxia.

 Estrellas Novas y Supernovas

Novas y Supernovas son estrellas que explotan liberando en el espacio parte de su material.

Durante un tiempo variable, su brillo aumenta de forma espectacular. Parece que ha nacido una estrella nueva.

Una nova es una estrella que aumenta enormemente su brillo de forma súbita y después palidece lentamente, pero puede continuar existiendo durante cierto tiempo. Una supernova también, pero la explosión destruye o altera a la estrella. Las supernovas son mucho más raras que las novas, que se observan con bastante frecuencia en las fotos.

Las novas y las supernovas aportan materiales al Universo que servirán para formar nuevas estrellas.  NOVAS

Antiguamente, a una estrella que aparecía de golpe donde no había nada, se le llamaba nova, o „estrella nueva‟.

Pero este nombre no es correcto, ya que estas estrellas existían mucho antes de que se pudieran ver a simple vista.

Quizá aparezcan 10 Vía Láctea, pero demasiado lejos para oscurece la materia

o 12 novas por año en la algunas están poder verlas o las interestelar.

A las novas se las observa con más facilidad en otras galaxias cercanas que en la nuestra. Una nova incrementa en varios miles de veces su brillo original en cuestión de días o de horas. Después entra en un periodo de transición, durante el cual

palidece, y cobra brillo de nuevo; a partir de ahí palidece poco a poco hasta llegar a su nivel original de brillo.

Las novas son estrellas en un periodo tardío de evolución. Explotan porque sus capas exteriores han formado un exceso de helio mediante reacciones nucleares y se expande con demasiada velocidad como para ser contenida. La estrella despide de forma explosiva una pequeña fracción de su masa como una capa de gas, aumenta su brillo y, después se normaliza.

La estrella que queda es una enana blanca, el miembro más pequeño de un sistema binario, sujeto a una continua disminución de materia en favor de la estrella más grande. Este fenómeno sucede con las novas enanas, que surgen una y otra vez a intervalos regulares.

 SUPERNOVAS

La explosión de una supernova es más destructiva y espectacular que la de una nova, y mucho más rara. Esto es poco frecuente en nuestra galaxia, y a pesar de su increíble aumento de brillo, pocas se pueden observar a simple vista.

Hasta 1987 sólo se habían identificado tres a lo largo de la historia. La más conocida es la que surgió en 1054 y cuyos restos se conocen como la nebulosa del Cangrejo.

La

supernova más reciente, que apareció en el hemisferio sur el 24 de febrero de 1987, surgió en una galaxia satélite, la Gran Nube de Magallanes.

Esta supernova, que tiene rasgos insólitos, es objeto de un intenso estudio astronómico.

Las supernovas, al igual que las novas, se ven con más frecuencia en otras galaxias.

Las estrellas muy grandes explotan en las últimas etapas de su rápida evolución, como resultado de un colapso gravitacional. Cuando la presión creada por los procesos nucleares,

ya no puede soportar el peso de las capas exteriores y la estrella explota. Se le denomina supernova de Tipo II. Una supernova de Tipo I se origina de modo similar a una nova. Es un miembro de un sistema binario que recibe el flujo de combustible al capturar material de su compañero.

De la explosión de una supernova quedan pocos restos, salvo la capa de gases que se expande.

 ¿Qué se ha observado?

El anuncio consiste en que el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO), en EE UU, ha captado las ondas producidas por la fusión de dos agujeros negros. Sería la primera vez que se captan ondas gravitacionales y esto sucede justo un siglo después de que Einstein predijera su existencia. Hasta ahora solo había pruebas indirectas de estas ondas.

 ¿Qué es LIGO?

LIGO es un detector subterráneo cuyo nombre se corresponde con las siglas en inglés de Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales. Está ubicado en Washington, en Estados Unidos, y su construcción comenzó en 1999. Las primeras observaciones tuvieron lugar entre 2001-2007, pero pronto se comenzaron las obras para actualizarlo y convertirlo en una máquina 10 veces más potente. La instalación consta de dos detectores

láser con forma de L. Cada brazo de esa L tiene cuatro kilómetros y hay dos detectores idénticos, uno en Luisiana y otro a 3.000 kilómetros en el estado de Washington.

Estos detectores llevan buscando ondas gravitacionales desde el año 2002. En septiembre de 2015 comenzó a funcionar el LIGO avanzado, una versión mejorada del detector que multiplica por 10 la sensibilidad de los brazos láser y por tanto la distancia a la que pueden captar ondas gravitacionales. En la actualidad son capaces de identificar diferencias en la longitud de los brazos láser equivalentes a una diezmilésima parte del diámetro de un átomo, la medición más precisa jamás lograda por un instrumento científico.

Se necesitan al menos dos detectores para evitar falsos positivos causados por cualquier vibración local como terremotos, tráfico o fluctuaciones del propio láser. Al contrario que todos ellos, una onda gravitacional causará una perturbación exactamente igual en Luisiana que en Washington.

La versión de LIGO que descubrió las ondas gravitacionales comenzó a funcionar por primera vez en septiembre del 2015, tras casi una década de ampliaciones y reformas. El 14 de septiembre del año pasado detectó la primera señal de una onda que se originó hace 1.3 millones de años en la región sur del firmamento. El detector volvió a captar la misma señal 7.1 milisegundos más tarde y fue entonces cuando los científicos confirmaron que el hallazgo era real y no un mero problema técnico.

Esta máquina ultra sofisticada funciona mediante interferómetros láser masivos (aproximadamente de cuatro kilómetros de largo cada uno) que están enterrados bajo tierra.

De esta manera se evitan interferencias y las mediciones son más precisas. Estos sofisticados detectores rastrean las ondas gravitacionales utilizando láseres.

En concepto, LIGO no depende de la luz visible como un telescopio convencional. Se centra en las vibraciones que se transmiten por el espacio y esto representa una ventaja importante a la hora de estudiar y aproximarse a los agujeros negros. “A medida que la onda gravitacional se propaga a través del espacio se deforma el espacio-tiempo” dijo David Shoemaker, responsable del proyecto del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT).

La máquina funciona como un transductor, es decir, como un dispositivo capaz de cambiar un tipo de energía por otra. Las variaciones en la luz se pueden transformar en señales electrónicas que los científicos pueden digitalizar, analizar e incluso escuchar. “La luz del

láser tiene que viajar por el vacío de modo que no se perturba por las fluctuaciones de aire” dijo Shoemaker.

 ¿Existen otros instrumentos capaces de detectar estas ondas?

 VIRGO El detector Virgo está situado en la campiña italiana, cerca de la ciudad de Pisa y está formado por dos túneles idénticos de 3 km distribuidos en forma de L. El proceso comienza con la generación de un rayo láser que luego se divide en dos: uno es impulsado a través de un túnel y la otra mitad por el otro.

Un espejo en cada túnel hace rebotar a los rayos láser muchas veces hasta que se vuelven a recombinar.

Como resultado, los rayos divididos se recombinarán de una manera diferente: las ondas de luz interferirán entre sí en vez de cancelarse y los científicos podrán detectar entonces una señal.

Con todos estos "oídos en el cosmos", debería ser más fácil identificar con exactitud el lugar en que ocurren eventos que puedan liberar grandes cantidades de ondas gravitacionales.



GEO600

Geo600 es un detector de ondas gravitacionales, que reside en las cercanías de Hanóver, Alemania. Este instrumento junto con los detectores interferométricos, son los detectores de ondas gravitacionales más sensibles jamás construidos. Están diseñados para detectar ondulaciones muy pequeñas en la estructura del espacio-tiempo causadas por fenómenos astrofísicos, del orden de 10-21 del tamaño de un átomo en comparación con la distancia entre

el Sol y la Tierra. GEO600 puede detectar ondas gravitatorias en un rango de frecuencia de 50 Hz a 1.5 kHz.1 La construcción de este proyecto comenzó en 1995.

 LISA Laser Interferometer Space Antenna, (LISA) es un proyecto conjunto de la ESA y la NASA para medir ondas gravitacionales.

LISA consta de tres naves espaciales, con forma de discos de hockey, orbitando a cinco millones de kilómetros entre sí, formando un triángulo equilátero. Cada nave espacial transporta instrumentos que le permitirán rastrearse entre sí y actúan conjuntamente para medir las ondas gravitacionales que pasan cerca. LISA captará variaciones de longitud de onda de apenas unas décimas del tamaño de un átomo.

Cada nave espacial tiene forma cilíndrica, de 1,8 metros de diámetro y 0,48 metros de largo, con forma de «disco de hockey», poseen paneles solares que funcionan como alimentación extra para las naves. El equipo de telecomunicaciones consta de dos antenas de radio de banda X de 30 centímetros de diámetro, para comunicarse con las estaciones terrestres.

Debido a la complejidad tecnológica que necesita esta misión, sobre todo en lo que refiere a la precisión de la tecnología interferométrica, la ESA ha decicido lanzar un precusor de la misión con el propósito de comprobar que se pueden alcanzar los requisitos tecnológicos de LISA. Esta misión se denomina LISA Pathfinder (LPF), tiene su lanzamiento previsto en 2015 y en ella participan científicos de varios países europeos, incluida España.

 KAGRA Japón comenzó recientemente las pruebas de funcionamiento de “Kagra”, un telescopio subterráneo que detecta ondas gravitacionales, ubicado a más de 200 metros bajo tierra, en la mina Kamioka, en la prefectura de Gifu, al centro de Japón. Kagra se encuentra dentro de un túnel en forma de L y cada uno de sus brazos se extiende unos 3 kilómetros.

El telescopio gigante funciona a través de rayos láser que se mueven hacia adelante y hacia atrás dentro de tubos de vacío que tienen espejos colocados en cada extremo para detectar ondas muy pequeñas. El instrumento observará las ondas de colisiones de agujeros negros y explosiones de supernovas en el espacio-tiempo con el objetivo de brindar elementos para comprender mejor el universo.

Taaki Kajita, profesor de la Universidad de Tokio, acreedor del Premio Nobel de Física el año pasado y director del Instituto de Investigación de Rayos Cósmicos de Tokio, es quien dirige la operación del equipo japonés. El profesor dijo a través de un comunicado de prensa: “queremos ser parte de la red internacional de observación de ondas gravitacionales tan pronto como sea posible”.

Las pruebas se prolongarán hasta el próximo jueves. Después de comprobar el rendimiento del telescopio con otra prueba en abril, el equipo japonés planea hacer modificaciones para aumentar su sensibilidad e iniciar la operación completa en 2017.

Osamu Miyakawa, profesor asistente de la Universidad de Tokio involucrado en el proyecto japonés, dijo que se espera que al actualizar, Kagra se convierta en un aparato de observación de la misma categoría de LIGO. Los operadores del telescopio tienen la expectativa que pueda complementar el trabajo realizado por el Observatorio norteamericano.

Por otra parte, Kagra es más adecuado para la detección de ciertos tipos de ondas, por lo que se espera que pueda ayudar a descubrir algún nuevo fenómeno astronómico.

 ¿Qué pasará a partir de ahora?

La búsqueda de ondas gravitatorias no ha hecho más que empezar. Con la configuración actual, LIGO puede ver a una distancia de unos 1.000 millones de años luz de la Tierra. El equipo va a hacer nuevas mejoras tecnológicas para aumentar su sensibilidad. En otoño de 2016 comenzó a funcionar una versión más avanzada de VIRGO, el detector europeo que debería captar señales idénticas a LIGO. La Agencia Espacial Europea ya prepara LISA, un observatorio espacial de ondas gravitacionales. A su vez, LIGO alcanzará su máxima potencia en 2020.

LA IMPORTANCIA DE LAS ONDAS GRAVITACIONALES En primer lugar, este descubrimiento nos podría ayudar a resolver algunas de las cuestiones fundamentales de nuestra existencia: ¿cómo empezó todo? El Big Bang, ese evento hipotético que hizo que el universo se encendiera, tuvo que dejar un eco en forma de ondas gravitacionales. Detectarlas y escucharlas nos dará, probablemente, una información muy preciada sobre cómo empezó todo.

Por otro lado, comprender cómo funcionan y cómo se detectan nos permitirá construir un instrumental más preciso y mejor. Nos permitirá también emplear nuevas técnicas para desvelar nuevas respuestas sobre el universo.

También podría ayudarnos en nuestra carrera espacial. Y por supuesto, nos ayudará a comprender mejor algunos de los objetos más misteriosos del universo, como son los agujeros negros. O las estrellas de neutrones. Incluso las Supernovas. Por último, y tal vez más importante, nos permitirá saber hasta qué punto estamos en el camino correcto de una teoría física coherente con la realidad. Detectar (o no) las ondas gravitacionales nos permitirá saber si estamos en lo cierto o si hay que revisar algunas de las partes fundamentales de lo que hoy por hoy entendemos que es la física.

PERSONAS IMPORTANTES EN EL DESCUBRIMIENTO DE LAS ONDAS GRAVITACIONALES ALBERT EINSTEIN (1879-1933) Albert Einstein nació en la ciudad bávara de Ulm el 14 de marzo de 1879. Fue el hijo primogénito de Hermann Einstein y de Pauline Koch, judíos ambos, cuyas familias procedían de Suabia. Al siguiente año se trasladaron a Munich, en donde el padre se estableció, junto con su hermano Jakob, como comerciante en las novedades electrotécnicas de la época.

El pequeño Albert fue un niño quieto y ensimismado, y tuvo un desarrollo intelectual lento. El propio Einstein atribuyó a esa lentitud el hecho de haber sido la única persona que elaborase una teoría como la de la relatividad: «un adulto normal no se inquieta por los problemas que plantean el espacio y el tiempo, pues considera que todo lo que hay que saber al respecto lo conoce ya desde su primera infancia. Yo, por el contrario, he tenido un desarrollo tan lento que no he empezado a plantearme preguntas sobre el espacio y el tiempo hasta que he sido mayor». 

En 1894, las dificultades económicas hicieron que la familia (aumentada desde 1881 con el nacimiento de una hija, Maya) se trasladara a Milán; Einstein permaneció en Munich para terminar sus estudios secundarios, reuniéndose con sus padres al año siguiente. En el otoño de 1896 inició sus estudios superiores en la Eidgenossische Technische Hochschule de Zúrich, en donde fue alumno del matemático Hermann Minkowski, quien posteriormente generalizó el formalismo cuatridimensional introducido por las teorías de su antiguo alumno.

El 23 de junio de 1902, Albert Einstein empezó a prestar sus servicios en la Oficina Confederal de la Propiedad Intelectual de Berna, donde trabajó hasta 1909. En 1903 contrajo matrimonio con Mileva Maric, antigua compañera de estudios en Zúrich, con quien tuvo dos hijos: Hans Albert y Eduard, nacidos respectivamente en 1904 y en 1910. En 1919 se divorciaron, y Einstein se casó de nuevo con su prima Elsa.

Durante 1905, publicó cinco trabajos en los Annalen der Physik: el primero de ellos le valió el grado de doctor por la Universidad de Zúrich, y los cuatro restantes acabarían por imponer un cambio radical en la imagen que la ciencia ofrece del universo. De estos cuatro, el primero proporcionaba una explicación teórica, en términos estadísticos, del movimiento browniano, y el segundo daba una interpretación del efecto fotoeléctrico basada en la hipótesis de que la luz está integrada por cuantos individuales, más tarde denominados fotones. Los dos trabajos restantes sentaban las bases de la teoría restringida de la relatividad, estableciendo la equivalencia entre la energía E de una cierta cantidad de materia y su masa m en términos de la famosa ecuación E = mc², donde c es la velocidad de la luz, que se supone constante.

El esfuerzo de Einstein lo situó inmediatamente entre los más eminentes de los físicos europeos, pero el reconocimiento público del verdadero alcance de sus teorías tardó en llegar; el Premio Nobel de Física, que recibió en 1921, le fue concedido exclusivamente «por sus trabajos sobre el movimiento browniano y su interpretación del efecto fotoeléctrico». En 1909 inició su carrera de docente universitario en Zúrich, pasando luego a Praga y regresando de nuevo a Zúrich en 1912 para ser profesor del Politécnico, en donde había realizado sus estudios.

En 1914 pasó a Berlín como miembro de la Academia de Ciencias prusiana. El estallido de la Primera Guerra Mundial le forzó a separarse de su familia (por entonces de vacaciones en Suiza), que ya no volvió a reunirse con él.

En el plano científico, su actividad se centró, entre 1914 y 1916, en el perfeccionamiento de la teoría general de la relatividad, basada en el postulado de que la gravedad no es una fuerza sino un campo creado por la presencia de una masa en el continuum espacio-tiempo.

La confirmación de sus previsiones llegó en 1919, al fotografiarse el eclipse solar del 29 de mayo; The Times lo presentó como el nuevo Newton y su fama internacional creció, forzándole a multiplicar sus conferencias de divulgación por todo el mundo y popularizando su imagen de viajero de la tercera clase de ferrocarril, con un estuche de violín bajo el brazo.

Durante la siguiente década, Einstein concentró sus esfuerzos en hallar una relación matemática entre el electromagnetismo y la atracción gravitatoria, empeñado en avanzar hacia el que, para él, debía ser el objetivo último de la física: descubrir las leyes comunes que, supuestamente, habían de regir el comportamiento de todos los objetos del universo,

desde las partículas subatómicas hasta los cuerpos estelares, y agruparlas en una única teoría "de campo unificado".

Tal investigación, que ocupó el resto de su vida, resultó infructuosa y acabó por acarrearle el extrañamiento respecto del resto de la comunidad científica. A partir de 1933, con el acceso de Hitler al poder, su soledad se vio agravada por la necesidad de renunciar a la ciudadanía alemana y trasladarse a Estados Unidos; Einstein pasó los últimos veinticinco años de su vida en el Instituto de Estudios Superiores de Princeton (Nueva Jersey), ciudad en la que murió el 18 de abril de 1955.

Einstein dijo una vez que la política poseía un valor pasajero, mientras que una ecuación valía para toda la eternidad. En los últimos años de su vida, la amargura por no hallar la fórmula que revelase el secreto de la unidad del mundo hubo de acentuarse por la necesidad que sintió de intervenir dramáticamente en la esfera de lo político. En 1939, a instancias de los físicos Leo Szilard y Paul Wigner, y convencido de la posibilidad de que los alemanes estuvieran en condiciones de fabricar una bomba atómica, se dirigió al presidente Roosevelt instándole a emprender un programa de investigación sobre la energía atómica.  ALICIA SINTES (1969) La física es la investigadora principal del Grupo de Relatividad y Gravitación de la Universitat de les Illes Balears, único equipo español participante en la colaboración Advanced LIGO La científica afincada en Mallorca es una de las pioneras en la búsqueda directa de ondas gravitacionales. Alicia Sintes forma parte de la colaboración LSC (LIGO Scientific Collaboration, por sus siglas en inglés) desde sus inicios en 1997. Tras su incorporación como profesora en la Universitat de les Illes Balears en el año 2000, su grupo es el único equipo español en participar en la red de observatorios de Advanced LIGO de Hanford (Washington) y Livingston (Louisiana) y en el detector GEO600 de Hannover (Alemania).

Sintes y el resto de científicos de la UIB también son miembros del foro del interferómetro Virgo (Cascina, Italia), aunque no trabajan directamente dentro de la colaboración.

 GABRIELA GONZÁLEZ (1965) La argentina Gabriela González, doctora en la Universidad de Córdoba (Argentina), fundó e integró los equipos de investigación y dedicó toda su vida al estudio de este fenómeno que traslada a los científicos rumbo a una etapa clave para la cosmología.

González es miembro de prestigiosas organizaciones como American Physical Society, American Association for the Advancement of Science, International Society for General Relativity and Gravitation, entre otras.

Actualmente desempeña como profesora en el departamento de física y astronomía de Louisiana State University.

Realizó su doctorado en la Universidad de Syracuse, trabajó en el MIT de Boston, y está casada con el físico Jorge Pullin.

En este punto, cabe destacar que para desarrollar sus estudios y embarcarse completamente en el proyecto, la mujer tuvo que vivir durante seis años en una ciudad, y su esposo en otra.

Ambos estaban separados por diez horas de viaje, según una entrevista publicada en Physics World.  DAVID REITZE (1961) David Reitze (nacido el 6 de enero de 1961 en Washington) es un físico estadounidense, profesor de Física en la Universidad de Florida y que fue portavoz científico del experimento LIGO (Láser Interferometer Observatorio de Ondas Gravitacionales) entre 2007 y 2011. En agosto de 2011, tomó una licencia de la Universidad de Florida para ser el Director Ejecutivo de LIGO. Obtuvo su Bachillerato en 1983 de la Universidad Northwestern, su doctorado en Física de la Universidad de Texas en Austin en 1990, y tenía puestos en Bell Communications Research y Lawrence Livermore National Laboratory , antes de tomar su posición de profesor en la Universidad de Florida. Es miembro de la American Physical Society y de la Optical Society of America.

Experto en óptica ultrarrápida y espectroscopía láser, ahora se especializa en la detección de ondas gravitacionales interferométricas basadas en láser. Esto incluye el desarrollo de

nuevas topologías de interferómetro para detectores de ondas gravitacionales de próxima generación, investigaciones de carga térmica en elementos ópticos pasivos y activos, desarrollo de componentes ópticos de alta potencia y el diseño, construcción y operación de los interferómetros LIGO. Como Director del Laboratorio LIGO, uno de sus principales esfuerzos ha sido planificar la extensión propuesta de la red LIGO de detectores para incluir uno en la India.

En febrero de 2016, como director ejecutivo de LIGO, anunció que la primera observación directa de ondas gravitatorias había ocurrido el 14 de septiembre de 2015 por LIGO Scientific Collaboration y Virgo Collaboration utilizando los detectores LIGO en Hanford, WA y Livingston, LA.

 JOSEPH TAYLOR (1941) (Filadelfia, 1941) Fue un físico norteamericano que obtuvo el premio Nobel de Física en 1993. Procedente de una familia de cuáqueros, recibió una educación bastante estricta, basada en los valores de la austeridad, la tolerancia y el respeto a los demás. Cuando contaba tan sólo siete años, se mudó con toda su familia a la granja que ésta poseía en Nueva Jersey.

Durante sus años escolares se interesó, junto a su hermano Hal, por todo lo relacionado con la naturaleza y las ciencias, y llegó a llenar el tercer piso de su casa de viejos aparatos de radio, transmisores, equipos de televisión averiados y otros desechos electrónicos, con los que ambos llevaron a cabo sus primeros experimentos. Su educación se completó en otras instituciones cuáqueras, como la Morestown School y el Haverford College.

Para su proyecto de graduación decidió combinar sus conocimientos prácticos en radioelectrónica con la investigación científica, y construyó un radiotelescopio con la única ayuda de un viejo libro que ya había empleado en su etapa de colegial y otro antiguo volumen de radioastronomía.

A continuación pasó a Harvard, al departamento de Astronomía, Física y Matemáticas Aplicadas, y allí realizó su tesis de investigación en radioastronomía. Adscrito a las universidades de Massachussets y Princeton, compartió con Russell Alan Hulse los honores del Nobel en 1993 por sus estudios acerca de los pulsares. Ambos investigadores descubrieron la existencia de un pulsar doble, formado por dos estrellas, una de las cuales no emitía señales; ello permitió comprobar la existencia de las ondas gravitatorias, que había sido predicha por Albert Einstein.

 ALAN HULSE (1950) (Russell Alan Hulse; Nueva York, 1950) Físico estadounidense que fue premio Nobel de Física en 1993.

Desde muy niño, según relata él mismo en su autobiografía, mostró una enorme curiosidad por el mundo que le rodeaba, interés que sus padres alentaron con libros y enciclopedias de ciencias, además de diversos adminículos como telescopios, equipos de disección y redes cazamariposas. Con el correr de los años, su curiosidad se transformó en un desmedido interés por la ciencia y por la naturaleza, que le llevó a diversificar sus estudios, si bien siempre dentro de la rama de ciencias.

En 1963 ingresó en la Escuela de Ciencias del Bronx para continuar su formación, y allí realizó varios experimentos sobre el funcionamiento de antenas de televisión, radios y telescopios.

Inmediatamente después de su graduación, se incorporó a la Cooper-Union, una universidad libre de Manhattan, donde continuó avezándose en el estudio de la física y la astronomía, entre otras ciencias; durante esta etapa, gran parte de sus esfuerzos se dirigieron también hacia la ingeniería electrónica, materia en la que continuó trabajando a lo largo de su vida.

En 1970 pasó a la Universidad de Massachussets en Amherst, y tomó la determinación de hacer su tesis doctoral en radioastronomía, decisión que cambió más tarde para dirigir sus intereses hacia el campo de la física. Se graduó en esta materia cinco años después, y marchó a Charlottesville, al Observatorio Nacional de Radioastronomía, para completar sus estudios de doctorado, ya que había decidido convertir su antiguo hobby en su carrera definitiva.

Allí comenzó sus proyectos de astronomía, pero, cuando supo por un anuncio del Physics Today que necesitaban personal para trabajar en el Laboratorio de Física de la Universidad de Princeton, se marchó hacia allí para estar más cerca de su novia Jeanne, que estudiaba en Pennsylvania. Su primera tarea fue desarrollar un programa computerizado que explicara el comportamiento de los iones en el plasma a elevadas temperaturas en los aparatos de fusión termonuclear controlada. Estos iones transportan un código que se sigue utilizando en la actualidad, y que modela el comportamiento de las cargas de un elemento impuro por debajo de las influencias combinadas de los procesos atómicos y de transporte en el plasma.

El desarrollo de este código se orientaba hacia los espectroscopistas y otros técnicos experimentales, para que hicieran un uso práctico de la información, y resultó ser utilizado no sólo en los Laboratorios de Princeton, sino en otros laboratorios de fusión. Las investigaciones personales con el código incluyeron el transporte de coeficientes para los iones impuros, modelados por observaciones espectroscópicas del comportamiento de éstos después de ser inyectados en el plasma.

Realizó además investigaciones en los procesos atómicos, tales como, por ejemplo, tratar de predecir las reacciones de la carga entre el hidrógeno neutral y los iones cargados, como un proceso de recombinación importante de las impurezas en los plasmas de fusión. También desarrolló un formato de datos computerizados que fue adoptado por la Agencia de Energía Atómica como el standard para la compilación y el intercambio de la información atómica en las aplicaciones de fusión. Otras de sus investigaciones se centraron en el estudio experimental sobre el transporte de electrones en el plasma, al que se inyectaban partículas de hidrógeno a gran velocidad. Continuó trabajando en Princeton, tratando de establecer nuevos entornos informáticos con el objetivo de desarrollar nuevos códigos que hagan más fáciles las investigaciones científicas.

 KIP THORNE (1940) Kip Stephen Thorne (Logan, Utah, 1 de junio de 1940) es un físico teórico estadounidense, conocido por sus numerosas contribuciones en el campo de la física gravitacional y la astrofísica y por haber formado a toda una generación de científicos. Viejo amigo y colega de Stephen Hawking y Carl Sagan, ocupó la cátedra “Profesor Feynman” de Física Teórica en el Instituto Tecnológico de California hasta 2009. Thorne es uno de los mayores expertos mundiales en las aplicaciones a la astrofísica de la Teoría de la Relatividad General de Einstein. En la actualidad prosigue sus investigaciones científicas.

Thorne es considerado una de las pocas autoridades mundiales en ondas gravitacionales. En parte, su trabajo se ha ocupado de la predicción sobre ondas gravitatorias y sus ritmos temporales observables en la Tierra. Estos "ritmos" son de gran importancia para el experimento LIGO. Thorne ha sido un gran defensor de este experimento, que cofundó en 1984, siendo el mayor proyecto financiado por la National Science Foundation. A través del mismo se intenta discernir y medir las fluctuaciones en el espacio entre dos o más puntos estáticos; tales fluctuaciones serían la evidencia de las predichas ondas gravitatorias, según los cálculos de Thorne y otros científicos. Un aspecto significativo de su investigación es el desarrollo de las matemáticas necesarias para analizar estos objetos.

Thorne también lleva a cabo análisis de diseño de ingeniería para las características de LIGO que no se pudieron desarrollar cuando se concibió el experimento, y aporta asimismo los algoritmos necesarios para los análisis de datos a través de los cuales se efectuarán las búsquedas de ondas.

Ha prestado igualmente apoyo teórico para el LIGO, incluyendo la identificación de fuentes de ondas gravitacionales en que LIGO debería centrarse, el diseño de los deflectores para el control de la luz dispersada en el haz de tubos de LIGO y, en colaboración con el grupo de investigación de Vladimir Braginsky (Moscú, Rusia), de los sistemas denominados Quantum Nondemolition (QND) measurement para preservar las mediciones de los detectores avanzados

de ondas gravitatorias y los sistemas para reducir el ruido en dichos detectores. Con Carlton M. Caves, Thorne desarrolló sistemas de modulación de amplitud en cuadratura de osciladores armónicos (quantum nondemolition measurements of the quadrature amplitudes of harmonic oscillators), una técnica aplicable tanto en la detección de ondas gravitacionales como en la óptica cuántica.

 EL EQUIPO ESPAÑOL QUE PARTICIPA EN EL PROYECTO Investigadores de los departamentos de Astronomía y Astrofísica y Matemáticas de la Universitat de València (UV) forman parte de la Colaboración Científica Virgo, en la que participan varios países con sede en Pisa (Italia) en la mayor instalación de Europa para detectar ondas gravitatorias por interferometría láser.

El equipo de la UV es el único de España que participa en la misión y contribuirá en varias líneas de investigación, desde el desarrollo de algoritmos para analizar señales gravitatorias y estimar parámetros de fuentes astrofísicas, hasta la generación de patrones de radiación gravitatoria mediante técnicas de relatividad numérica, para finalmente aplicar métodos numéricos en la detección y clasificación de fuentes de ruido instrumental.

El profesor valenciano José Antonio Font coordina el equipo como integrante del Virgo-EGO Scientific Forum (VESF), en el área relativista y de cosmología de la junta directiva. La Colaboración Virgo está formada por un conglomerado internacional de investigadores, ingenieros y técnicos que trabajan conjuntamente en la construcción, la validación, y la operación del interferómetro Virgo, así como el desarrollo de un detector avanzado en el campo emergente de la física y la astronomía de ondas gravitatorias.

En la actualidad, más de 250 personas colaboran en la iniciativa por parte de diferentes instituciones de Francia, Italia, Holanda, Polonia y Hungría. Desde este mes de julio, España es el sexto país que integra la lista.

ENTREVISTAS Y TESTIMONIOS  Entrevista a David Reitze, el directo de LIGO - El mundo recibió la noticia como algo histórico. ¿Qué sintió en el anuncio?

Lo preparamos con mucho cuidado, queríamos que fuera algo especial no solo para nosotros, para el equipo, sino para el mundo. Cuando estaba en el estrado no me emocioné, solo quería asegurar que todo iba bien. Más tarde, ese mismo día, me paré a pensar en lo increíble que es este descubrimiento y me sentí abrumado.

- ¿Recuerda el momento de la detección de las ondas gravitacionales?

Cuando vi la señal, en la madrugada del 14 de septiembre, solo pude exclamar «wow». Solo podía ser una onda real o una de las inyecciones que metemos en los detectores para estudiar su funcionamiento. Cuando me di cuenta de que era una señal real de onda gravitacional me sentí, cómo decirlo, reivindicado, satisfecho. Llevábamos cuarenta años detrás de esto, los detectores de LIGO habían estado en funcionamiento veinticinco años. Fue maravilloso.

- Con tantos años dedicados a ello, ¿hubo la tentación de tirar la toalla?

En cualquier proyecto así siempre hay dudas. Cuando se intenta algo por primera vez, la mayoría de la gente, yo incluido, admitiría que hay una posibilidad de que no se consiga, que no hayamos tenido en cuenta algo. De vez en cuando nos preguntábamos «¿y si se nos escapa algo fundamental en el funcionamiento de los detectores y no somos capaces de entender la forma en que las ondas gravitacionales interactúan con ellos?». Había momentos en los que esos pensamientos se venían a la cabeza. Y luego está el tema de la moral. Han sido décadas de investigaciones y nos ha costado veinticinco años conseguir lo que dijimos que íbamos a hacer.

Y en ese periodo, la moral del equipo podía sufrir golpes. Pero lo cierto es que la gente se mantuvo entusiasmada con el proyecto y con la tecnología que desarrollamos, y eso nos mantuvo a flote.

- ¿Cuáles fueron los principales desafíos del proyecto?

Fueron muchos y en diferentes niveles. Cuando se propuso por primera vez un observatorio a gran escala, a finales de los 80, por parte de Rainer Weiss y Kip Thorne, la idea se acogió muy bien en Caltech y MIT. Tenía grandes riesgos, pero también prometía grandes recompensas. Sin embargo, no tuvo tan buena recepción en la comunidad astronómica. Mucha gente pensaba que era perseguir molinos de viento y ganar apoyos de gente clave del sector costó muchos paneles y conferencias científicas. Incluso cuando ya en los años 90 se consiguió la financiación, hubo otros problemas: de gestión, complicaciones en la construcción del observatorio y los detectores… Los primeros años fueron muy complicados.

- ¿Su descubrimiento reivindica todavía más la figura de Albert Einstein?

La respuesta es que sí, sin ninguna duda. Esto es un triunfo rotundo para la teoría de la relatividad y para el propio Einstein. Es increíble que los agujeros negros que hemos detectado,

y aunque las mediciones no sean completamente precisas, son exactamente como su teoría los predijo.

En el anuncio dijo que el descubrimiento abre una nueva etapa para la astronomía.

Así es. La detección de las ondas gravitacionales es algo maravilloso. Observar un sistema binario de agujeros negros por primera vez, o escucharlo, que es la terminología que usamos, es todavía más extraordinario. Es la primera vez que se muestra que existe algo así. Y nos abre al futuro. Esa pequeña parte de la teoría de la relatividad de Einstein, casi esotérica, de las ondas gravitacionales, de la que él mismo llegó a dudar y que llegó a creer que era un error, puede convertirse en la base de la nueva astronomía del siglo XXI. - ¿Cuáles son los campos que se abren?

LIGO nos permite medir esas ondas gravitacionales, que provienen de sucesos de gran energía en el universo, como la colisión de agujeros negros o la explosión de estrellas. Permite observarlos de una forma única. Por ejemplo, es la única manera de percibir los agujeros negros.

Pero, sobre una supernova, que es algo que se puede ver con un telescopio óptico, quizá nos dé pistas sobre cómo sucede la explosión. Otras partes del espectro de ondas gravitacionales, con las que LIGO no trabaja, pueden dar información sobre el big bang, sobre la creación del universo. Todavía sus resultados no son concluyentes, pero hay estudios que trabajan en ello. El descubrimiento abre nuevas puertas al funcionamiento del cosmos que no se pueden obtener de otra forma.

- ¿Qué aplicaciones tiene el descubrimiento para la vida en la tierra?

Es el otro aspecto atractivo de LIGO. Hemos desarrollado los mejores espejos del mundo y algunos de los láseres más estables, además de sistemas de control avanzados. Estoy convencido de que su incidencia irá más allá de entender la naturaleza del universo.

- ¿Se esperaba la repercusión mediática que ha recibido el proyecto?

Ha sido increíble, estoy sorprendido por la incidencia en todo el mundo, y se ha hecho un gran trabajo a la hora de explicar un fenómeno físico tan complicado. Una encuesta británica preguntó al público si la detección de las ondas gravitacionales tendría un impacto significativo en sus vidas. Yo esperaba que el 5% dijera que sí. Para mi sorpresa, fue el 33%. Habla maravillas del descubrimiento, pero también de la forma en la que se comunicó al público.

- ¿Se le pasa por la cabeza la idea de un premio Nobel?

Claro, no le voy a engañar. Pero no lo hacemos por eso. Lo hacemos porque estamos enamorados de la ciencia y somos curiosos, somos exploradores. Si al comité del Nobel le parece que lo merece, genial. Si no, no hay problema. El descubrimiento por sí mismo es lo que nos causa una profunda satisfacción.

- ¿Pero lo sorprendería que lo concedieran?

No. Oigo muchas voces que dicen que va a haber premio Nobel.

 Testimonios del equipo español que participó en el descubrimiento  Testimonio de ALICIA SINTES

Justo antes de mediodía (hora española) del 14 de Septiembre de 2015, saltaban las alarmas en ambas salas de control de los observatorios LIGO en Hanford y Livingston, tan solo 3 minutos después de que una señal procedente del lejano universo llegase a la Tierra.

Este era un lunes especial para todos nosotros en la UIB. Acabábamos de organizar los Encuentros Relativistas Españoles (ERE2015), el viernes Alex Vañó Viñuales había defendido su tesis doctoral, nos visitaban futuros miembros del grupo (que se incorporarían a finales de mes), había obras dentro y fuera de nuestro edificio y las clases acababan de empezar.

En menos de una hora nuestro correo de entrada se inundaba de mensajes técnicos apuntando a unos resultados del sistema de análisis de datos en línea. Era algo muy extraño, ya que los detectores estaban operando en modo de prueba y aún no había empezado de forma oficial el primer periodo de observación de Avanced LIGO, que se inició el 18 de septiembre.

Pero el número de mensajes incrementaba exageradamente y eso que la mayoría de nuestros colegas americanos aún debían estar durmiendo. Empecé a mirar enlaces. Todas las figuras correspondían a una señal proveniente del colapso de un sistema binario. Todo parecía muy extraño. ¡La señal era clara, de libro de texto! Y me cuestionaba si volvían a poner a prueba a la colaboración con otra inyección artificial a ciegas. Pero según la información que disponíamos, el sistema de inyecciones estaba desconectado. La sensibilidad de los detectores era ya muy buena, en comparación con la de los detectores LIGO de primera generación. Advanced LIGO en su modo más inicial era ya capaz de explorar un volumen 27 veces superior al del último periodo de observación de LIGO de finales de 2010.

Y más gente saltaba a comentar los datos. Por la tarde, Sacha y yo estábamos ansiosos de poder hablar con Miquel Oliver, nuestro estudiante de doctorado, que desde hacía dos semanas estaba haciendo turnos en la sala de control en el observatorio LIGO-Hanford, en el estado de Washington. ¡Teníamos que esperar a que se levantase!  Testimonio de MIQUEL OLIVAR La experiencia de estar haciendo una colaboración externa en el LIGO Hanford Observatory durante el periodo en el que se detectó la primera onda gravitacional en la historia fue increíble y, para ser sincero, es muy difícil de explicar.

El día del acontecimiento me desperté con mis compañeros, que también hacían una estancia allí como colaboradores, debido al incesante aluvión de correos, todos estábamos extremadamente intrigados por entender qué estaba pasando. ¿Era posible que hubiera comenzado la fase de inyección artificial de señal fuera del periodo de observación?

Y la respuesta se produjo de forma inesperada. Nada más llegar al observatorio, Jeff Kissel publicó un registro poniendo en evidencia que no era un una inyección de señal, ya que este mostraba una señal nula de los canales sobre los que se producen este tipo de procedimientos. A partir de ese momento nos arrolló un tsunami de preguntas y más

preguntas, que se mezcló con una sensación de euforia, que invadió a todos los que nos encontrábamos allí.

Unas horas después le pregunté a Michael Landry, mi tutor en el observatorio, si podía comunicarme por Skype con Alicia Sintes, mi directora de tesis, para intercambiar impresiones sobre lo que estaba pasando. Lo primero que Alicia quiso saber fue cuál era mi sensación al estar en el observatorio, yo le respondí inmediatamente que la incertidumbre sobre lo que había pasado estaba en todos y cada uno de los que allí nos encontrábamos, pero que la visión general era que en este caso no había sido una inyección de señal sino que algo asombroso había sucedido.

Al paso de los días el optimismo crecía de manera silenciosa en el observatorio. Todo el mundo estaba inquieto porque era difícil creer lo que acababa de pasar, sin embargo día tras día la imposibilidad de encontrar otra explicación hacía ineludible pensar que, efectivamente, las ondas gravitacionales habían sido detectadas por primera vez, que se había hecho historia y que una nueva era comenzaba a partir de ese momento.

Para terminar esta particular visión del acontecimiento, me gustaría mencionar los nombres de los compañeros colaboradores con los que viví esta maravillosa experiencia: Chris Biwer, Elli King, Jordan Palamos, Vincent Roma y Marissa Walker.

 Entrevista a Alicia Sintes - Desde la detección directa de ondas gravitacionales, la curiosidad que despierta su especialidad no habrá dejado indiferente a nadie. ¿Qué son estas misteriosas ondas gravitacionales?

Son perturbaciones de la curvatura del espacio-tiempo, que viajan en forma de ondas por el Universo, llevando mensajes sobre los fenómenos violentos o catastróficos que las provocan.

Estas ondas producen alteraciones en el propio espacio-tiempo, es decir, mientras lo atraviesan, ejercen sobre él fuerzas de tracción y compresión. Hasta hace pocos meses había solo evidencias indirectas de su existencia. Hoy sabemos que podemos detectarlas con instrumentos avanzados, llamados interferómetros. Pero, ya que sus frecuencias son extremadamente débiles, para „escucharlas‟ debemos detectarlas junto a fenómenos violentos o explosivos que ocurren en el Universo, como la fusión de agujeros negros. La importancia de estas ondas radica en la información que podemos obtener de ellas, por ejemplo: ¿cómo se forman los agujeros negros?, ¿cómo se comporta la materia en ellos? o ¿cuál es la historia de la expansión acelerada del Universo?

- Hace cien años Einstein postuló la teoría de la relatividad general, a partir de la cual propuso la existencia de estas ondas mensajeras. ¿Qué le diría hoy a Einstein?

Einstein ya sabía que la frecuencia de estas ondas es muy débil y pensaba que jamás las detectaríamos. Curiosamente, las ondas que se han detectado actualmente provienen de la fusión de dos agujeros negros y, aunque su teoría predecía su existencia, él no pensaba que existiesen en la naturaleza en realidad. Entonces, yo le diría que estaba ligeramente

equivocado, porque, para él, los agujeros negros y las ondas gravitacionales eran únicamente soluciones matemáticas de sus ecuaciones. Pero ya se ha demostrado que los agujeros negros existen y las ondas gravitacionales han sido medidas de forma directa. Él sentiría una enorme satisfacción de ver que la humanidad va progresando.

- Los dos gigantescos Observatorios de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO), separados por 3.000 km en EE. UU., han logrado detectar las pequeñas vibraciones generadas por las ondas gravitacionales procedentes de la fusión de dos agujeros negros. ¿Qué posibles aplicaciones futuras tiene este descubrimiento en nuestra sociedad?

Supone una nueva herramienta que aportamos a la historia de la astronomía, es decir, una nueva forma de observar el Universo. Estas ondas tienen unas propiedades totalmente distintas y complementarias a la luz, a las ondas electromagnéticas que estamos acostumbrados a observar. Por tanto, con ellas se puede obtener información complementaria a la ya recibida de otras ondas. Si con los telescopios normales se pueden observar una serie de fenómenos, con las ondas gravitacionales los puedes „escuchar‟, metafóricamente hablando. De modo que aportas un sentido más para obtener información.

Las ondas gravitacionales abren una nueva ventana a la observación del Universo. Como tienen propiedades totalmente distintas, puede que con ellas haya nuevos descubrimientos de cosas que ahora ni tan solo nos imaginamos que existan. Esto ayudará a resolver cuestiones en diferentes campos: física fundamental, cosmología y astrofísica. Además, hemos construido instrumentos altamente sensibles para detectar las ondas gravitacionales, los interferómetros. Todo lo que se ha invertido en ciencia básica para llegar a desarrollar los detectores Ligo es algo que se transfiere a la sociedad. Pasa como con la teoría de la relatividad general y especial, con sus ecuaciones extrañas que no tienen por qué interesar a todo el mundo, pero podemos decir que, gracias a ambas teorías, usamos el GPS en nuestros teléfonos móviles. En este caso, gracias a este desarrollo tecnológico, se han podido diseñar láseres de alta potencia que seguro podrán tener otras aplicaciones en el futuro.

- ¿Los jóvenes investigadores atraviesan hoy un agujero negro de incertidumbre?

Yo creo que sí. En ciencia la situación siempre ha estado mal. Además, la situación depende de la trayectoria profesional de cada uno. Mi campo científico es interesante, emocionante, tiene salidas, hay muchos grupos involucrados. Pero lo que no se debe olvidar es que hay que salir, hay que exponerse y competir con grupos de alto nivel. Cuando yo empecé no había plazas en la universidad en la que estoy ahora, no había ninguna promesa, igual que ahora. Entre entonces y ahora, existió una etapa en la que la ciencia estaba en una mejor situación. Pero ahora en Baleares estamos a la cola de España en financiación y eso se nota.

La situación es muy mejorable. Hay que intentar convencer a los políticos y a la sociedad de que la ciencia básica es interesante. Un país se desarrolla más o menos apostando por otras cosas que no sean solo el turismo.

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