El pasado 11 de febrero David Reitze, director ejecutivo del laboratorio LIGO en el Instituto de Technología de California (Caltech), anunciaba la detección, por primera vez, de ondas gravitacionales, el descubrimiento más relevante de la Física después del Boson de Higgs en el anho 2012. En palabras del célebre físico Stephen Hawking “Las ondas gravitacionales cambiarán nuestra percepción del Universo y su capacidad de detectarlas tiene el potencial de revolucionar la astronomía”. Antes de explicar cómo se han detectado, empecemos por recordar qué es una onda. Una onda es un fenómeno ondulatorio y físico por medio del cual se propaga energía sin materia de un punto a otro del espacio a través de un medio, por ejemplo, aire, agua o en el caso de la luz, el vacío. Las ondas son el resultado de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo la densidad, presión, o campo magnético, etc…la cual produce la vibración inicial que se transmite a lo largo de una región del espacio en forma de energía. El sonido de una guitarra, las olas del mar o la luz son ejemplos cotidianos. Qué son las ondas gravitacionales y por dónde se propagan? Son perturbaciones del espacio-tiempo, el medio a través del cual las ondas gravitacionales se propagan. Qué es el espacio-tiempo? Es un concepto matemático bastante abstracto que combina el espacio y el tiempo en un único continuo como dos conceptos inseparablemente relacionados. En el espacio-tiempo se desarrollan todos los eventos físicos del Universo de acuerdo con la Teoría de la Relatividad, introducida por Albert Einstein. Qué significa esto? Pues que el espacio-tiempo tiene 4 dimensiones, 3 dimensiones espaciales y una dimensión temporal. Digamos que el espacio es por donde nos movemos a través de tres coordenadas (hacia delante o hacia atrás, hacia la izquierda o derecha, y hacia arriba o abajo). El tiempo es lo que medimos con un reloj. Como he dicho antes, Einstein sugirió que el espacio y el tiempo están tan relacionados que no tiene sentido hablar de uno sin el otro. Podéis consultar una página web muy interesante donde explican cómo explicar las ondas gravitacionales a mi abuela. Cómo se representa entonces el medio a través del cual las ondas gravitacionales se propagan, el espacio-tiempo? Bien, es imposible representar 4 dimensiones, pero una forma sencilla de representar el espacio-tiempo, es imaginar una cuadrícula invisible que se extiende por el Universo. El espacio-tiempo no es plano, si no que la masa de los objetos deforma la cuadrícula imaginaria. Esa deformación del espacio-tiempo es precisamente la gravedad. Una de las mejores representaciones de la geometría del espacio-tiempo en la cultura popular se puede encontrar en el episodio La casita del horror VI, de la serie Los Simpson. Homer escapa a través de un armario al espacio-espacio tiempo y allí lo deforma y desestabiliza creando una perturbación que crece como un agujero negro.
Cómo se producen las ondas gravitacionales? Existen fenómenos en el Universo que deforman el espacio-tiempo de tal manera que crean una onda. Por ejemplo dos estrellas que
están colapsando, explosiones de estrellas supernova, estallidos de rayos gamma. Si estuviéramos cerca (a millones de kilómetros o menos) de dos agujeros negros en colisión, las ondas gravitacionales nos estirarían tanto que nos destrozarían. Afortunadamente, estos sucesos ocurren a grandes distancias (a millones de anhos luz), así que cuando éstas llegan a la Tierra, se producen cambios o estiramientos muy pequenhos en distancia (menores que el tamaño de un protón, del orden de femtometro!!!).
Cómo se han detectado? Al contrario que la luz, nada absorbe o refleja las ondas gravitacionales, por lo que no las podemos “ver”. Cuando llegan a la Tierra las ondas gravitacionales son tan, tan pequeñas que no percibimos sus efectos. ¡Es tan complicado detectarlas que hemos tardado 100 años! Para detectar las ondas gravitaciones, los científicos han usado un instrumento que se llama LIGO. LIGO es un edificio del que salen dos brazos que miden exactamente 4 kilómetros de longitud cada uno. LIGO funciona disparando un láser que es dividido en dos a la entrada de dos tubos de 4 kilómetros cada uno construidos con 90 grados de separación entre ellos –como una L con los dos brazos iguales– y midiendo el tiempo que el láser tarda en volver. Cuando llega una onda gravitacional, el espacio se deforma de manera que un brazo se hace más largo y otro brazo se hace más corto. LIGO ha detectado una diferencia en la longitud de ambos brazos del instrumento 10000 veces más pequenha que el tamaño de un prontón, algo comparable en detectar una diferencia del ancho de un pelo en la distancia que va de la Tierra a Alpha Centauri. Es realmente un milagro tecnológico medir la longitud de los brazos con semejante precisión como para detectar la diferencia. En palabras de Juan Calderón Bustillo, uno de los científicos involucrados en el programa LIGO, y nacido en Santiago de Compostela: “El sistema es muy parecido a la aplicación Shazam del móvil: ésta compara la señal que llega al teléfono con una base de datos de canciones. Nuestras canciones son señales de ondas gravitacionales emitidas por distintas fuentes que creemos que existen y nuestro trabajo se centró en calcular modelos teóricos de dichas ondas, para poder así compararlas con los datos del detector”. Para qué sirve la detección de ondas gravitacionales? A través de las ondas gravitacionales podremos entender mejor los cataclismos que las producen: colisiones de agujeros negros, estallidos de rayos gamma, etc…Incluso podremos observar lo que pasó justo después del Big Bang, cuando el universo no tenía ni un segundo de edad. En su origen el universo estaba en un estado de muy alta densidad y seguidamente se expandió. En los primeros instantes el universo no fue transparente así que las ondas gravitacionales son una forma ideal de obtener información de los primeros instantes del universo. En resumen, hemos abierto una ventana a un Universo completamente nuevo, Hasta ahora sólo veíamos el Universo a través “de la vista”, de la luz, ondas de radiación electromagnética, luz visible, rayos X, rayos gamma u ondas de radio). Ahora es como si también nos hubiesen dado “el oído”, podemos observar el Universo a través de unas ondas distintas, las ondas gravitacionales, lo que nos permitirá no sólo comprobar la existencia de
fen贸menos que hasta ahora eran pura teor铆a sino que probablemente nos depare sorpresas en forma de eventos inesperados.