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  • Abril 2017Nº 487
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Astrofísica

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Un nuevo detector de ondas gravitacionales

El experimento Virgo, cerca de Pisa, se sumará dentro de poco al estadounidense LIGO. Sus observaciones ayudarán a localizar en el espacio el origen de las ondas detectadas.

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La primera observación directa de ondas gravitacionales tuvo lugar hace año y medio. Dos detectores de extrema sensibilidad, uno situado en el estado de Washington y otro en Luisiana, captaron las distorsiones del espaciotiempo producidas por la fusión de dos agujeros negros. El hito fue hecho público cinco meses más tarde por los responsables del experimento, el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO). El anuncio causó sensación en todo el mundo y se convirtió en una de las noticias científicas más importantes de todo 2016. Los físicos llevaban décadas intentando obtener alguna prueba directa de la existencia de ondas gravitacionales, uno de los fenómenos predichos por la teoría de la relatividad general de Einstein, formulada en 1915 [véase «La observación de ondas gravitacionales con LIGO», por Alicia Sintes y Borja Sorazu; Investigación y Ciencia, febrero de 2017].

Pese a lo impresionante de aquel logro, el descubrimiento dejó algunas cuestiones en el tintero. La principal de ellas: ¿dónde se encontraba la fuente de las ondas? Dentro de poco, los científicos dispondrán de un laboratorio más para abordar esta pregunta en sus futuras detecciones.

Los expertos trabajan ahora para poner en marcha el experimento Virgo, un tercer detector de ondas gravitacionales situado cerca de la ciudad italiana de Pisa. Cuando LIGO detectó las dos señales observadas hasta la fecha (una en septiembre y otra en diciembre de 2015), Virgo se hallaba fuera de servicio debido a labores de mantenimiento. Pero una vez que estos tres gigantescos detectores se encuentren operando a la vez, la localización de las fuentes mejorará de manera considerable. Además, una rápida respuesta a un «acierto triple» (la detección casi simultánea de la misma señal en los tres instrumentos) permitirá a los telescopios terrestres apuntar a una zona del cielo triangulada y mucho mejor acotada. En principio, ello haría posible divisar las violentas colisiones causantes del fenómeno.

Tanto Virgo como los observatorios de LIGO constan de dos brazos kilométricos dispuestos en forma de L. A su paso por la Tierra, una onda gravitacional modifica la longitud relativa de los brazos, lo cual es registrado por los detectores. La sensibilidad de los instrumentos es extrema: los cambios de longitud causados por el paso de una onda gravitacional son menores que el diámetro de un protón. En parte por esa razón, un solo instrumento no basta para descartar por completo que una señal se deba a vibraciones de origen terrestre. Cada detector vigila una gran porción de cielo: su campo de visión cubre alrededor del 40 por ciento de la esfera celeste, más o menos el equivalente a lo que veríamos desde un desierto al girar en redondo sobre nosotros mismos. Intente localizar una estrella concreta en todo ese espacio.

Emplear instrumentos gemelos resulta esencial por otra razón. Las ondas gravitacionales viajan a la velocidad de la luz, de modo que las detecciones en uno y otro observatorio suelen tener lugar con milisegundos de diferencia (un tiempo similar al que tardaría la luz en recorrer la distancia que los separa). Ese retraso permite calcular la dirección del impacto y acotar su origen en una zona algo menor. En el caso de las observaciones de 2015, el margen se redujo a un 2 por ciento del cielo. Con todo, sigue tratándose de una zona inmensa para localizar una fuente con precisión.

Es ahí donde entra Virgo. Antes de su puesta a punto, carecía de la sensibilidad requerida para detectar las ondas gravitacionales de mayor energía. Ahora se han incorporado nuevos espejos, bombas de vacío y láseres (los cuales se usan para medir las variaciones de longitud en los brazos del instrumento). También se ha mejorado la electrónica y se están haciendo los ajustes necesarios para eliminar las vibraciones locales. Los expertos trabajan contra reloj para que el experimento comience a funcionar este año antes de que LIGO deje de tomar datos para ser sometido a nuevas mejoras técnicas.

Cuando Virgo Avanzado comience a funcionar, la localización de las fuentes de ondas gravitacionales mejorará en un factor de cinco, explica Fulvio Ricci, portavoz de Virgo y físico de la Universidad La Sapienza, en Roma. Edo Berger, astrofísico de Harvard que estudiará con telescopios tradicionales los eventos que detecten LIGO y Virgo, matiza el avance: «Añadir un tercer detector mejorará considerablemente la determinación de las posiciones. Reducirá el problema [de la localización de las fuentes] de algo horrible a solo malísimo».

Con todo, resulta imposible negar las oportunidades astrofísicas que se vislumbran. Las colisiones de agujeros negros no constituyen los únicos sucesos capaces de distorsionar el espaciotiempo. Y algunos de esos otros fenómenos emitirán todo tipo de radiación electromagnética que podrá ser detectada por distintos telescopios. Por ejemplo, cabe imaginar la observación de los estadios posteriores a una explosión de supernova, la radiación de alta energía generada por la fusión de dos agujeros negros, la emisión en el visible de una colisión entre dos estrellas de neutrones, o la de uno de estos objetos atrapado por las fauces gravitatorias de un agujero negro. Los detectores de ondas gravitacionales aún no han captado las ondas producidas por esta clase de sucesos. Pero, cuando lo hagan, Berger y otros astrofísicos estarán preparados para apuntar con sus telescopios a un área delimitada por tres detectores en lugar de dos. Una localización espacial más ajustada permitiría que los telescopios de menor tamaño también se sumasen a las observaciones.

El plan actual contempla que los tres telescopios funcionen juntos durante al menos un mes. Esa ventana de tiempo proporcionaría una buena oportunidad para detectar al menos una fusión de agujeros negros, si no otros sucesos menos probables. B. S. Sathyaprakash, miembro de LIGO y físico de la Universidad de Pensilvania, opina que la colaboración bien podría animar a los responsables de ambos experimentos a extender sus tiempos de observación: «Los planes podrían cambiar si la gente se emociona», concluye el investigador.

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