Ondas Gravitacionales

Tal vez habrás escuchado estos últimos días sobre el genial descubrimiento que se ha llevado a cabo. Las ondas gravitacionales de Einstein por fin han sido observadas directamente. Pero, ¿qué importancia tiene esto? Y ¿por qué todos los científicos están como si fuera navidad gracias a este descubrimiento? Vamos a platicarles un poco sobre qué es lo que se ha logrado descubrir, cómo es que se ha logrado descubrir y cuáles serán las consecuencias de lo que se ha descubierto.

Antes que nada, debes estar consiente que este descubrimiento no va a alterar tu vida en nada. Nadie se va a hacer millonario, nadie va a inventar nada a partir de este descubrimiento; tú seguirás asistiendo a la escuela o al trabajo diariamente, vas a seguir pagando impuestos y vas a seguir sin novia. Ningún efecto inmediato en nuestros estilos de vida.

Dos agujeros negros girando entre sí generan gran cantidad de ondas gravitacionales.

Es una representación artística, nadie puede dibujar las ondas gravitacionales realmente.

La importancia de este descubrimiento va mucho más allá de cualquier invento o mejora tecnológica que pudieras imaginar. Su efecto inmediato es una comprensión más detallada del Universo que nos rodea y del que formamos parte. A más largo plazo, este descubrimiento nos ayudará a estudiar aspectos del cosmos nunca antes estudiados. Probablemente algún día seamos capaces de controlar este fenómeno de la naturaleza para nuestros propios fines tecnológicos, pero por ahora esto es sólo una idea fantasiosa. Así que, como siempre, entremos en contexto un poco antes de hacer explotar sus mentes con las maravillosas conclusiones de este histórico descubrimiento.

¿Ondas gravitacionales de Einstein?

Einstein es el jefe. Después de 100 años de regalarnos su hermoso trabajo, La teoría de la relatividad, no para de comprobarnos que siempre tuvo la razón. Su trabajo nos explica varias cosas sobre el Universo en el que vivimos, modelando con ecuaciones el comportamiento del tiempo y el espacio, así como la materia y la energía.

Su barrio lo respalda.

Mientras formulaba las ecuaciones que conocemos como Ecuaciones de campo de Einstein. Se iba dando cuenta a base de puro razonamiento que muchas cosas que nosotros damos por sentadas, son en realidad una gran ilusión. Por ejemplo, la gravedad.

A cualquier persona que le preguntes qué es la gravedad, te dirá que es una fuerza que jala los objetos hacia la Tierra. Esta persona no te estaría mintiendo, ya que a todos nos da la impresión que dicha fuerza existe en realidad, incluso el pobre Isaac Newton no pudo salvarse de esta ilusión.

No estés triste Isaac, a todos nos pasa alguna vez en la

vida, pensar que la gravedad es una fuerza.

Pero que debraye sufrió el mundo entero cuando Einstein nos explicó que la gravedad no es otra cosa que la manifestación de que vivimos en un Universo donde el espacio y el tiempo son en realidad la misma cosa, una entidad de 4 dimensiones llamada Espacio-Tiempo. Y que la propiedad que presentan todos los cuerpos llamada Masa curva esta entidad, manifestándose para nosotros como la gravedad.

La teoría parecía una tremenda locura al principio y tardó algunos años para que se la tomaran en serio. Pero una vez que cumplió a la perfección la primera de sus predicciones, jamás se detuvo. Las ecuaciones permitían la existencia de cosas tan extrañas como las lentes gravitacionales o los agujeros negros (De los que podrás encontrar explicaciones más detalladas en otros artículos de la sección de astronomía de este mismo blog, anda, yo sé que quieres).

Un agujero negro causando una lente gravitacional. Ambos fenómenos

fueron predichos teóricamente por Einstein antes de ser

observados en la vida real.

Todas las extrañezas que el modelo de la Relatividad permitía han ido confirmándose directamente poco a poco, para el asombro de todo el mundo. Pero faltaba una de esas locochonas predicciones por confirmarse directamente, las Ondas gravitacionales.

Vale, ya se han dado cuenta que me encanta platicarles de todo esto pero, ¿qué es una onda gravitacional?

Básicamente, Einstein nos dice que el Espacio-Tiempo se comporta como si fuera una especie de malla cuatridimensional, por la que se pueden propagar ondas. De la misma manera que la superficie de un lago (2 dimensiones) altera su forma al propagar las ondas producidas por una lancha, el Universo modifica su forma al propagar las ondas producidas por objetos muy masivos, moviéndose muy rápido.

El equivalente a las ondas en una superficie de

dos dimensiones, como un lago.

Estas ondas de Espacio-Tiempo serían bautizadas por Einstein como Ondas gravitacionales. Puedes pensar en ellas como gravedad que se propaga a través del Universo a la velocidad de la luz.

Debido a que el Espacio-Tiempo no se deja curvar tan fácilmente (de hecho, la gravedad es la interacción fundamental más débil de todas), las ondas producidas serían de un tamaño diminuto. La teoría predecía que incluso para un evento de magnitudes monumentales, como la explosión de una estrella en forma de supernova, la formación de un agujero negro o la colisión de estrellas de neutrones; las ondas gravitacionales producidas serían observables en la Tierra en distancias inferiores al diámetro de un átomo.

Esquema tridimensional de las Ondas gravitacionales, más parecido a la

realidad. El espacio entre las mallas representa nuestro Espacio-Tiempo.

Puedes mirar cómo se alarga y encoge.

Durante casi 100 años parecía Game Over para la confirmación de la existencia de esta predicción de Einstein. Hasta que en 1982 un par de científicos observaron unas estrellas de neutrones que se movían de manera extraña entre ellas. Sus órbitas eran modificadas por alguna razón y esto sólo podía entenderse por la pérdida de energía en forma de Ondas gravitacionales.

Este churro de observación indirecta les valió el premio Nobel en 1993.

Pero el reto ahora era poder medir directamente una de estas Ondas gravitacionales. Y eso es lo que se propusieron en LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observer). Si pudieran construir una máquina capaz de medir alteraciones en las distancias espaciales, en un rango de unas 200 partes el diámetro de un protón, entonces serían capaces de detectar una Onda gravitacional que pasase por nuestro Planeta. ¿Por qué no?.

Modafoca!

¿Cómo funciona el mentado LIGO?

Para ponerlo fácil, de la siguiente forma:

Disparas un rayo láser hacia un divisor de haz, esto ocaciona que el láser se divida en dos y salga hacia dos espejos que se encuentran al final de dos tubos de 4 km de largo, perpendiculares entre sí (en forma de L). Haces rebotar los haz de luz unas 400 veces antes de que ambos láseres se fusionen al final de los túneles. Al fusionarse, los láseres se anulan entre sí, puesto que las ondas electromagnéticas de los láseres entran en Interferencia Destructiva (después les explico esto con más detalle). Si el espacio no fuera alterado por nada, la distancia entre ambos espejos permanecería constante. Pero ¡las Ondas gravitacionales alteran el espacio!. Al modificar la distancia de los espejos aunque sea en un attómetro (10^-18 m) los láseres dejan de anularse y un sensor puede medir la cantidad de luz recibida, que después de ser procesada y graficada, puede decirnos de qué manera se modificó el Espacio-Tiempo en ese lapso.

El laboratorio de LIGO.

Esquema del funcionamiento básico de LIGO.

¿Qué fue lo que causó esas loquillas Ondas gravitacionales?

Lo normal, una colisión de dos agujeros negros. Uno con una masa de 36 veces la de nuestro Sol. El otro con 29 masas solares. Chocando a una velocidad mayor al 30% la velocidad de la luz, ambos monstruos cósmicos se fusionaron en un gigante Agujero negro de unas 64 masas solares, liberando la energía equivalente a 3 Soles como el nuestro, en puras Ondas gravitacionales.

Estas ondas fueron tan potentes, que lograron propagarse a través del Universo durante 1,300,000,000 de años (mil trescientos millones), hasta llegar al planeta en el que estamos parados.

Debido a que las Ondas gravitacionales se desplazan a la velocidad de la luz, según Einstein, esto quiere decir que el evento ocurrió a una distancia de 1,300 millones de años-luz, hace 1,300 millones de años. Las ondas producidas viajaron durante todo ese tiempo a través de la nada, para poder ser captadas, un lunes por la mañana; el 14 de Septiembre del año 2015, por una especie de monos semi-inteligentes con sus maquinitas de láser.

Animación de los dos agujeros negros justo antes de fusionarse.

Ahora lo sabes, de esto es de lo que todos los físicos que conoces han estado hablando estos días. El descubrimiento le embolsará seguramente el premio Nobel de física a los científicos encargados de LIGO. Todos los físicos andan ahorita bien pavoneados, así que te aseguro que se pondrá buena la fiesta.

Cabe mencionar que al ser capaces de detectar este nuevo tipo de ondas, somos ahora capaces de observar el Universo de una manera nunca antes vista. Este descubrimiento es el equivalente moderno a la primera vez que Galileo Galilei miró el cielo con un telescopio, dándose cuenta de todo lo que la humanidad se había perdido por no tener la tecnología correcta. ¿Cuántas cosas nuevas descubriremos con el estudio de las Ondas gravitacionales? ¿Cuántos nuevos fenómenos observaremos? Nadie lo sabe aún, pero seguramente será emocionante.

Estamos en contacto.

Referencias:

https://es.wikipedia.org/wiki/Onda_gravitatoria

http://www.nature.com/news/einstein-s-gravitational-waves-found-at-last-1.19361