Albert Einstein predijo, en su teoría de la relatividad general, la existencia de pequeñas ondas en el tejido del espacio-tiempo, a las que llamamos ondas gravitacionales, producidas por los fenómenos más potentes que podamos imaginar. En una conferencia, el equipo de científicos que trabaja en el observatorio LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) ha confirmado que existen. Es la noticia de la década (y seguramente del siglo).

¿Qué son las ondas gravitacionales?

Las ecuaciones de Einstein, nos decían que cuando los objetos muy masivos son acelerados, deberían producirse ondas gravitacionales que se expandirían a lo largo del espacio-tiempo a la velocidad de la luz. Esas ondas serían el producto de los fenómenos más catastróficos y violentos que podamos imaginar. Por ejemplo, una explosión de supernova o la fusión de dos agujeros negros, o una colisión entre galaxias.

Para poder entender a qué nos referimos, imaginemos lo siguiente. Tenemos un círculo de partículas en un punto del espacio, lejos de cualquier fuente de gravedad, en un punto estático en el espacio. Si una onda gravitacional pasa a través de ellas, se moverán de una manera rítmica, siempre siguiendo el mismo patrón. Cuando el círculo se expande por la parte vertical, la parte horizontal se comprime, y cuando se expande en horizontal, se comprime en vertical, como muestra la imagen debajo de este texto.

Hay que remarcar que en esta imagen el efecto está exagerado mucho, para que sea fácil de visualizar. En la práctica, las ondas gravitacionales son casi indetectables. Si este círculo tuviese el tamaño de la órbita de la Tierra alrededor del Sol (es decir, un diámetro de 300 millones de kilómetros), la oscilación provocada por una onda de este tipo sería… ¡menos del diámetro de un átomo de hidrógeno! Por supuesto, en el espacio no tendríamos un único círculo de partículas, si no infinitos círculos.

Si imaginamos esos círculos en una línea recta, veríamos como estas ondas los van recorriendo. Quizá el símil más sencillo sea el de las olas del mar al legar a la playa. Vemos la llegada de una ola a la costa, pero inmediatamente detrás, podemos ver la cresta de la siguiente ola que viene de camino, y así sucesivamente, siempre al mismo ritmo. Cuando el mar está calmado, las olas llegan con mucha más pausa y con menos altura, cuando está embravecido, las olas son mucho más altas y mucho más seguidas. No es un paralelismo perfecto, pero nos sirve.

¿Por qué pueden ser útiles?

Recreación artística mostrando las ondas gravitacionales generadas por la fusión de dos agujeros negros. Crédito: Swinburne Astronomy Productions
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Recreación artística mostrando las ondas gravitacionales generadas por la fusión de dos agujeros negros.
Crédito: Swinburne Astronomy Productions

Las ondas gravitacionales viajan por el espacio de manera libre, sin verse afectadas por la radiación electromagnética. No interaccionan con la materia que encuentran a su paso de ninguna manera, por lo que permanecen inalteradas en su recorrido de millones de años-luz de distancia. Nos dan otra forma de observar el espacio. Por ejemplo, las ondas gravitacionales del Big Bang nos podrían ayudar a comprender cómo se formó el universo, y las de otros fenómenos (como una fusión de agujeros negros) nos permitirán mejorar nuestra comprensión sobre ellos y sobre cómo se produjeron.

El descubrimiento de las ondas gravitacionales también nos permitiría entender las leyes fundamentales del Universo. Son una parte importante de la teoría de la relatividad de Einstein que, hasta ahora, no habíamos podido verificar. Si las hemos encontrado, demostraría que el genial científico estaba en lo cierto (aunque desde los 80 ya tenemos evidencias indirectas de la existencia de estas ondas). También nos permitiría entender en qué punto dejan de funcionar (por ejemplo, la teoría de la relatividad deja de funcionar cuando la aplicamos al interior de un agujero negro), lo que podría ser un paso más hacia la teoría del todo (una única teoría que sea capaz de conectar todos los fenómenos físicos conocidos, algo que hoy por hoy no es posible).

¿Cómo las han detectado?

Simulación de ondas gravitacionales. Crédito: NASA/C. Henze
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Simulación de ondas gravitacionales.
Crédito: NASA/C. Henze

Para poder detectar estas pequeñas oscilaciones gravitacionales, los científicos han necesitado la ayuda de LIGO (el observatorio del que hablaba en la entradilla del artículo). Es un conjunto de dos detectores idénticos, ubicados en Livingston (en Luisiana) y en Hanford (Washington) en Estados Unidos, diseñados para medir las pequeñas alteraciones del espacio-tiempo que llegan hasta nuestro planeta.

Cada detector de LIGO proyecta un láser a lo largo de dos brazos de 4 kilómetros de longitud, que están colocados con la forma de una L. Si una onda gravitacional pasa a través del sistema de detección, la distancia viajada por el láser variará en una cantidad mínima (miles de veces por debajo del diámetro del núcleo de un átomo). Puede parecer algo imposible de medir pero estas instalaciones deberían ser capaces de captar esas oscilaciones.

En este caso, lo que se ha detectado es la colisión de dos agujeros negros, hace 1.300 millones de años, que fue medida el pasado 14 de septiembre en los observatorios LIGO. Las ondas gravitacionales producidas por esa colisión fueron medidas tanto en Luisiana como Hanford. No sólo hemos detectado la colisión, también han podido demostrar que los sistemas binarios de agujeros negros (agujeros negros que orbitan mutuamente entre sí, de la misma manera que lo harían dos estrellas binarias) existen a lo largo y ancho del universo, y que se puede fusionar en un agujero mucho más grande.

Una nueva etapa en la astronomía

Imagen aérea del observatorio de LIGO en Hanford. Crédito: Caltech/MIT/LIGO Laboratory
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Imagen aérea del observatorio de LIGO en Hanford.
Crédito: Caltech/MIT/LIGO Laboratory

Con la confirmación de este hallazgo, estamos ante una nueva etapa en la astronomía. Podremos observar fenómenos, que hasta ahora sólo habían llegado hasta nosotros distorsionados de alguna manera, completamente inalterados y ofreciéndonos información sobre el universo, el espacio-tiempo y los fenómenos que las crearon, que hasta ahora nos estaba completamente oculta.

Habrá nuevos detectores en el futuro, y nos servirán para reunir más información sobre las ondas gravitacionales que detectemos. Por ejemplo, en este caso los investigadores saben que la fusión de los agujeros negros se produjo en la dirección de la Pequeña Nube de Magallanes, pero son incapaces de precisar mejor en qué lugar del universo sucedió.

Seguramente, en el futuro, descubriremos incluso nuevos fenómenos astronómicos, o mecánicas universales, que hasta ahora no podíamos estudiar porque sucedían en una escala más allá de lo que podíamos observar. Cien años después, hemos demostrado que Einstein, una vez más, estaba en lo cierto…

Referencias: Universe Today, Space, Einstein-Online, PopSci

ACTUALIZADO: Esta noticia ha sido actualizada el 11 de febrero, siguiendo la información publicada en la conferencia de LIGO.