Ondas gravitacionales, explicadas para principiantes

Hace cien años, Albert Einstein postuló la existencia de ondas gravitacionales, basado en su teoría de relatividad general, la cual interpreta la gravedad como una consecuencia de la curvatura que la presencia de materia ocasiona en el espacio-tiempo. Einstein argumentó que ciertos eventos en el cosmos causan cambios en esta curvatura, que se propagan por el espacio a la velocidad de la luz en forma de ondas.

La primera observación de estas ondas el pasado septiembre –anunciada oficialmente por el LIGO (Observatorio del Interferómetro Laser de Ondas Gravitacionales, por sus siglas en inglés) el 11 de febrero– ha sido reportada alrededor del mundo como un logro destacable por muchas razones. Los esfuerzos para probar la existencia de las ondas gravitacionales se habían prolongado por más de medio siglo, y el mismo Einstein durante su vida no concibió que pudiera algún día existir la tecnología capaz de detectar dichas ondas.

Se trata, por lo tanto, de un descubrimiento que –además de confirmar la última predicción no comprobada de la teoría de Einstein– inaugura una nueva era en la astronomía y cuyos posibles alcances nos podrían permitir redescubrir el origen del Universo mismo.

Por este motivo, el Departamento de Física y el Programa de Geología de la Universidad del Norte llevaron a cabo el conversatorio, ‘Ondas Gravitacionales, explicadas para principiantes', donde conferencistas expertos en el área de Alta Energía y Astrofísica comentaron sobre este importante resultado para la ciencia moderna.

Erick Tuirán, profesor e investigador de la Universidad del Norte, y Mario Acero, del departamento de Física de la Universidad del Atlántico, explicaron que aunque el fenómeno de ondas gravitacionales ya se había estudiado de manera indirecta, no había sido posible observar directamente dado el efecto tan minúsculo que producen las ondas en la tierra, que a su vez podría confundirse con cualquier tipo de vibración en la el planeta.

Estas emisiones de ondas gravitacionales pueden provenir, entre otras fuentes, de la colisión de dos estrellas de neutrones o dos agujeros negros masivos. Incluso pueden proceder de los restos de radiación gravitacional creados por el nacimiento del universo.

"En el caso de las ondas gravitacionales detectadas, estas provienen de la coalescencia de dos agujeros negros, cada uno del orden de 30 masas solares. Justo en el momento que chocan, finalmente, hay un chasquido. Imagínense algo similar a dos gotas cuando entran en contacto, y por asunto de la tensión superficial se genera una oscilación", explica el profesor Tuirán.

El físico afirma que la energía liberada por este evento cósmico, acaecido a 1300 millones de años luz de la tierra "fue del orden de toda la energía lumínica que estamos detectando que viene del universo".

¿Cómo se detectó?

En la década de 1960, se empezó a desarrollar un sistema que posteriormente se conoció como interferómetro, el cual emite un rayo láser que se divide y se recombina después de viajar por dos brazos extensos. Esta técnica es extremadamente sensible a los cambios más pequeños en la distancia que le toma a los rayos viajar por los brazos.

Cuando una onda gravitacional atraviesa el interferómetro, el espacio-tiempo del área se altera, lo que resulta en el cambio de la longitud de uno o ambos brazos, lo que hace que los rayos de laser se desfasen entre sí. Un interferómetro puede ser capaz de revelar un cambio en el espacio-tiempo de una fracción del tamaño de un protón, efecto que es imperceptible para cualquier otro instrumento o cualquier persona.

El LIGO opera dos interferómetros localizados a 3000 kilómetros de distancia entre sí, en Livingston, Louisiana, y Hanford, Washington (EE.UU). Esto es necesario, pues la onda gravitacional puede atravesar los Estados Unidos en 10 milisegundos, y puede ser detectada en ambos interferómetros, a diferencia de cualquier otro tipo de perturbación, lo que permite distinguir la señal esperada de cualquier ruido.

"Cada uno de los brazos del interferómetro tiene cuatro kilómetros y forman un ángulo recto. Pero son cuatro kilómetros supremamente bien medidos y calibrados, porque la necesidad de precisión que se tiene para este tipo de experimentos es altísima. El interferómetro me permitiría en principio medir la compresión o elongación de los brazos en el orden de 1/10.000 del núcleo de un átomo", afirmó el profesor Mario Acero.

Las ondas que emitió la coalescencia de agujeros negros supermasivos de 29 y 36 masas solares, a 1300 millones de años luz de la tierra, alcanzaron nuestro planeta como una ondulación en el espacio-tiempo que modificó la longitud de uno de los brazos del LIGO la milésima parte del ancho de un protón.

¿Para qué sirven?

Las ondas gravitacionales penetran lugares del espacio inalcanzables para las ondas electromagnéticas. Existe la hipótesis de que pueden proveer a observadores en la Tierra información sobre agujeros negros y otros objetos exóticos del Universo distante, que no pueden ser observados con medios más tradicionales como telescopios ópticos. Este hito en la astronomía gravitacional entrega nuevas pistas sobre el funcionamiento del Universo.

"Nos está dando información que no conocíamos del Universo, nos está respondiendo dudas que teníamos desde hace mucho tiempo. Es una herramienta que nos permitirá ver cosas que con la luz no podíamos ver", manifiesta el profesor Acero.

Sin embargo, para el físico, no resulta fácil saber inmediatamente cuál sería la aplicación ‘cotidiana' de las ondas gravitacionales. "Los Rayos X, la relatividad general aplicada en los GPS, todas esas fueron teorías que descubrieron  en algún momento y duraron muchísimo tiempo en aplicarse. Desde el punto de vista doméstico la aplicación inmediata no la sabemos; sin embargo sí está permitiéndonos saber más, nos está llenando la curiosidad que nos mataba", concluyó.

Por Andrés Martínez Zalamea