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  • 12/02/2016

FÍSICA

Primera detección directa de ondas gravitacionales

El experimento LIGO observa por primera vez las perturbaciones del espaciotiempo predichas por la relatividad general de Einstein. El evento observado corresponde a la fusión de dos agujeros negros.

Colaboración LIGO/Physical Review Letters

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Simulación por ordenador del proceso de fusión de dos agujeros negros. [SXS, vía Colaboración LIGO.]

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Los responsables del experimento estadounidense LIGO anunciaron ayer un hallazgo histórico: la primera detección directa de ondas gravitacionales, las «arrugas» del espaciotiempo predichas por la teoría de la relatividad general de Einstein. El resultado culmina una búsqueda experimental que se prolonga desde hace décadas y marca el inicio de una nueva era para la astronomía. A continuación ofrecemos algunas claves para entender el descubrimiento.

¿Qué son las ondas gravitacionales?

La relatividad general describe la gravedad en términos de la geometría del espaciotiempo. Según la teoría de Einstein, el espacio y el tiempo pueden entenderse como una «sustancia plástica» que se deforma por la presencia de materia y energía. Y, al igual que una piedra lanzada al agua genera ondas que avanzan por el líquido, un cuerpo masivo en movimiento debería causar perturbaciones en el espaciotiempo, las cuales se propagarían a la velocidad de la luz. Dichas perturbaciones son las ondas gravitacionales.

En principio, cualquier cuerpo podría generar ondas gravitacionales. Sin embargo, dado que la fuerza gravitatoria es con mucho la más débil de todas las interacciones, solo cabe esperar detectar las ondas producidas por objetos muy masivos en condiciones extremas, como agujeros negros o estrellas de neutrones en colisión, entre otros procesos.


¿Cómo funciona LIGO?

El Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO, por sus siglas en inglés) consta de dos gigantescos interferómetros láser situados en los estados de Luisiana y Washington, a una distancia de 3000 kilómetros uno de otro. Cada uno de ellos se compone de dos brazos de unos 4 kilómetros de longitud dispuestos en forma de L. Se espera que, a su paso por la Tierra, las ondas gravitacionales generadas por cataclismos cósmicos distantes provoquen ligeros cambios en la longitud de los brazos de los interferómetros. La precisión de LIGO es tal que puede detectar cambios de longitud del orden de una parte en 1021. En un brazo de 4 kilómetros, ello equivale a una variación en longitud del orden de la milésima parte del radio de un protón.

Cada interferómetro funciona de manera independiente. La razón por la que hay dos es para que uno pueda comprobar los resultados del otro. Si una señal es real, ambos interferómetros deberían observar la misma perturbación al mismo tiempo (con un retraso de pocos milisegundos, debido a la distancia que media entre ellos).

La colaboración LIGO está formada por más de mil científicos de todo el mundo. En España, forma parte de ella el Grupo de Relatividad y Gravitación de la Universidad de las Islas Baleares.


¿Qué se ha observado?

El pasado 14 de septiembre a las 09:50:45 UTC, ambos interferómetros observaron una sacudida que se prolongó durante 0,2 segundos. El perfil de la señal no solo fue idéntico en ambos detectores, sino que coincide a la perfección con la perturbación que cabría esperar de la colisión y posterior fusión de dos agujeros negros.

En concreto, el evento correspondería a la colisión de dos agujeros negros de 36 y 29 masas solares, los cuales se habrían fusionado para dar lugar a un agujero negro de 62 masas solares. La masa que falta, equivalente a 3 masas solares, corresponde a la energía radiada por el evento en forma de ondas gravitacionales. Los datos permiten concluir que el cataclismo ocurrió a unos 1300 millones de años luz de la Tierra, en algún punto del hemisferio sur celeste.


¿Por qué es tan importante?

Aunque las ondas gravitacionales constituyen una predicción muy robusta de la teoría de la relatividad general de Einstein, hasta ahora solo se habían obtenido pruebas indirectas de su existencia. El hallazgo anunciado ayer no solo supone la confirmación definitiva del fenómeno (un resultado de primer orden por sí mismo), sino que indica que la tecnología necesaria para observar ondas gravitacionales ya se encuentra disponible.

Desde los inicios de la astronomía, la única ventana del ser humano para observar el universo ha sido la radiación electromagnética, ya se tratase de luz visible o de las otras bandas del espectro. Las posibilidad de detectar ondas gravitacionales abre una senda completamente nueva para explorar el cosmos y estudiar fenómenos hasta ahora imposibles de analizar: desde colisiones de agujeros, como la anunciada ayer, hasta los primeros instantes de la gran explosión que dio origen a nuestro universo.

Los resultados del hallazgo fueron publicados ayer en Physical Review Letters (el artículo técnico es de acceso libre). Más información y enlaces en Physics, Colaboración LIGO y Grupo de Relatividad y Gravitación de la UIB.

—IyC

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