¿Se han detectado las ondas gravitacionales? El jueves 11 se dará a conocer el gran descubrimiento del año

Es oficial: el 11 de febrero, a las 10:30 EST, habrá una gran conferencia de prensa acerca de las ondas gravitacionales por las personas que dirigen el detector de ondas gravitacionales LIGO. Es una apuesta segura de lo que van a anunciar, la primera detección directa de ondas gravitacionales, predicho por Albert Einstein hace 100 años. Si todo va según los científicos esperan, que este sea el pistoletazo de salida para una era de la astronomía de ondas gravitacionales: para aprender sobre algunos de los eventos más extremos y violentos en el cosmos mediante la medición de las pequeñas ondulaciones de las distorsiones espaciales que emanan de ellos.

Vamos a ir paso a paso para ver lo que significa…

En las palabras del eminente relativista John Wheeler, la teoría de la relatividad general de Einstein se puede resumir en dos afirmaciones: la materia le dice al espacio y el tiempo cómo curvarse. Y la curva del espacio y el tiempo dicen a la materia cómo moverse.

Einstein publicó la forma final de su teoría en noviembre de 1915. En la primavera de 1916, se había dado cuenta otra consecuencia de la distorsión del espacio y el tiempo: la relatividad general permite ondas gravitacionales, distorsiones rítmicas que se propagan por el espacio a la velocidad de la luz.

Desde hace algún tiempo, los físicos no estaban seguros de si estas ondas gravitacionales eran reales o un artefacto matemático dentro de la teoría de Einstein. Sin embargo, desde la década de 1980, no ha habido evidencia indirecta de estas ondas.

Las ondas gravitacionales son emitidas por cuerpos orbitando entre ellos y ciertas otras masas aceleradas. En este momento, los principales esfuerzos internacionales están en marcha para detectar ondas gravitacionales directamente. Una vez que la detección sea posible, los científicos esperan poder utilizar las ondas gravitacionales para «escuchar» a algunos de los procesos más violentos del universo: la fusión de agujeros negros y/o estrellas de neutrones, o la región central de las explosiones de supernovas.

Al igual que la astronomía normal utiliza la luz y otras formas de radiación electromagnética para aprender acerca de los objetos distantes, la astronomía de ondas gravitacionales servirá para descifrar la información contenida en las ondas gravitacionales. Y si se va por los últimos rumores, la astronomía de ondas gravitacionales es posible que ya se iniciará a mediados de septiembre de 2015.gw-waves-single

¿Pero qué hacen las ondas gravitacionales? Para eso, vamos a ver una situación simplificada, totalmente hipotética. Consideramos a las partículas a la deriva en el espacio, lejos de cualquier fuente de la gravedad. Imagine que las partículas (rojo) están dispuestos en un círculo alrededor de un centro (marcado en negro):

Si una simple onda gravitacional fuera a pasar a través de esta imagen, las distancias entre estas partículas cambiarían rítmicamente de la siguiente manera:

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Tengamos en cuenta el patrón distintivo: Cuando el círculo se estira en la dirección vertical, se comprime en la dirección horizontal, y viceversa. Eso es típico de las ondas gravitacionales («distorsión cuadrupolo»).

Es importante tener en cuenta que esta animación, y los que van a seguir, exageran el efecto ondas gravitacionales considerablemente. Los detectores de ondas gravitatorias como Ligo esperan para medir estas ondas mucho más débiles. Si nuestro círculo hipotético de partículas era tan grandes como la órbita de la Tierra alrededor del Sol, una onda gravitacional realista sería distorsionada por menos que el diámetro de un átomo de hidrógeno.

La animación de arriba muestra lo que podría llamarse una «oscilación gravitacional.» Para ver toda la onda, tenemos que considerar la tercera dimensión.

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Hablamos de una ola cuando las oscilaciones se propagan a través del espacio. Consideremos una onda de agua: en cada punto de la superficie, tenemos una oscilación, con la superficie subiendo y bajando rítmicamente. Pero es sólo el hecho de que esta oscilación se propaga, y que podemos ver una cresta que se mueve sobre la superficie, que hace que esto sea una onda.gw-waves-wave

Esto sucede lo mismo con las ondas gravitacionales. Para ver esto, no vamos a ver en un solo círculo de partículas que flotan libremente, sino en muchos de esos círculos, apilados uno detrás del otro, formando la superficie de un cilindro:

Esto, entonces, es lo que los cazadores de ondas gravitacionales están buscando. Excepto que no tienen partículas que flotan en el espacio libre. En cambio, sus detectores contienen masas de prueba (en particular grandes espejos) elaboradamente suspendidos aquí en la Tierra, con una luz láser para detectar los cambios causados cada minuto a las posibles ondas gravitacionales.

Las señales de ondas gravitacionales más realistas, que contienen información sobre la fusión de agujeros negros o el movimiento de la materia dentro de una explosión de supernova, son todavía más complicados. En estas animaciones, las ondas gravitacionales se ven un poco moviéndose como los gusanos espaciales. Pero estos gusanos espaciales podrían llegar a ser los mejores amigos de los astrónomos, que llevan información sobre el cosmos.

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