Detectan las ondas gravitacionales

La noticia acaba de llegar: Se detectaron las ondas gravitacionales. Pero ¿que son exactamente? (*)

De acuerdo con la relatividad general (RG) de Einstein, la gravedad no se transmite instantemente, sino a la velocidad de la luz. En otras palabras, si el sol desapareciera ahora, la tierra seguiría girando alrededor de... nada, durante unos 8 minutos.

Mientras tanto, la señal gravitatoria que hace girar la tierra estaría entonces actuando en la nada. De aquí que una señal de gravitación puede transmitirse en el vacío y las ondas gravitacionales propagarse en el mismo.

Ahora, la gravedad, ¿qué es? También de acuerdo con la RG, la gravedad consiste en una deformación del espacio. Y en este espacio curvado, para ir de un punto A a un punto B, un objeto sigue (más o menos) el camino más corto. Imagínese una tela tensa, en la que se coloca una bola de plomo. Para ir de un lado de la bola al otro, es mejor darle la vuelta que pasar por el hueco que hace. Por lo que el objeto esta en órbita alrededor de la bola.

Pues, sucede lo mismo con la tierra y el sol, pero en tres dimensiones. No es fácil de visualizar! Por eso el ejemplo de la tela resulta útil: Hagamos ahora girar la bola de plomo sobre sí misma. Como es esférica, la tela no se mueve. Pero si ahora tomamos dos bolas, las pegamos entre sí, y damos vueltas al conjunto, van a mandar ondas en la tela.

Pues bien, en nuestro espacio de tres dimensiones, pasa lo mismo. Dos masas girando, la una alrededor de la otra, hacen vibrar el espacio, y estas vibraciones se propagan a la velocidad de la luz. Estas son las famosas ondas gravitacionales.

Predichas según la RG desde 1916 por el propio Einstein, nunca habían sido observadas. Sin embargo, en 1974, se descubrieron dos estrellas muy densas en órbita la una alrededor de la otra. La RG predice que las ondas gravitacionales emitidas por el conjunto van a disminuir la frecuencia de rotación. Después de 40 años de observaciones, las mediciones se alinean perfectamente con la curva predicha por la teoría.

Una detección indirecta, eso está bien, pero ¿qué tal una detección directa? De hecho, que pasa si una onda gravitacional atraviesa mi casa? La longitud de mi mesa, por ejemplo, va a aumentar, disminuir, aumentar, disminuir... siguiendo un patrón específico, antes de volver a la normal. No es que el suelo se mueva, ni que la mesa se calienta y se expanda, ni nada de eso. Es el espacio mismo que  vibra, pero muy, muy, muy poquito.

Para detectar estas infinitesimales variaciones de distancia, se construyeron  dos detectores en forma de L, cada barra midiendo 4 km. El famoso LIGO. Uno cerca de Nueva Orleans en Luisiana, el otro en las cercanías de Seattle, al noroeste de Estados Unidos.

La ventaja de tener dos detectores es doble. En primer lugar, una observación de la misma señal en dos lugares diferentes permite excluir un artefacto debido, por ejemplo, a un pequeño terremoto o cualquier otro fenómeno imponderable. En segundo lugar, el retraso temporal entre las dos observaciones permite localizar la fuente. Localización gruesa, sin duda, pero es mejor que nada.

El pasado 14 de septiembre se detectó la misma señal, a 7 milisegundos de intervalo, en ambos instrumentos. La frecuencia, la duración y la amplitud de la señal llevan información que la RG puede decodificar. Mediante el análisis de los datos, se determinó que la onda en cuestión fue emitida por la fusión de dos agujeros negros de 36 y 29 masas solares, respectivamente, a una distancia de mil millones de años luz. El agujero negro fruto de la fusión tenía una masa de 62 masas solares. Hagan las cuentas: 36 + 29 = 65. Por lo tanto, las ondas gravitacionales se llevaron la energía Mc², donde M es igual a 3 masas solares. El evento tuvo lugar en la dirección de la Gran Nube de Magallanes.

La siguiente figura muestra las señales detectadas, así como las proporcionadas por la RG.

Los registros de Seattle y Nueva Orleans

Arriba, las señales detectadas, rojo para Seattle, azul para la Nueva Orleans.

Arriba a la derecha, las observaciones están superpuestas para manifestar su coincidencia. La de Seattle fue desplazada  7 ms para que se solape con la otra.

Abajo, las predicciones de la RG para la fusión de dos agujeros negros. Los parámetros de la fuente resultan del ajuste de estas curvas con las observaciones.

El artículo original y un comentario del mismo 

Video de la rueda de prensa del 12 de febrero del 2016.

• (*) Con este artículo comienza una nueva andadura de la sección Tubo de Ensayo, cuyo último artículo fue el 13 de Mayo de 2013. Nuevos autores se han sumado a esta renovada iniciativa para seguir reflexionando sobre la ciencia en general y, en particular, sobre sus relaciones con la fe cristiana.