Se abre una nueva ventana al cosmos

Inicia otra era en la astronomía. Observatorios en EU, Alemania, Italia, Japón y China se preparan para detectar más ondas gravitacionales

Las ondas gravitacionales fueron detectadas 14 de septiembre de 2015 por los detectores gemelos del LIGO. Foto: Archivo
Ciencia y Salud 22/02/2016 00:10 Berenice González Durand Actualizada 09:48
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Una fracción de segundo bastó para abrir una ventana sin precedentes en el cosmos. Escuchar o leer las impresiones de la comunidad científica internacional sobre la reciente detección directa de ondas gravitacionales, es también encontrarse con crónicas llenas de emoción. El asombro y el placer no se esconden.

Los científicos de LIGO, el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser, el encargado de detectar el fenómeno, han dicho que es como cuando Galileo observó por primera vez las estrellas con un telescopio: el universo casi al alcance de la mano.

Pero cómo compartir la emoción, de qué se trata en realidad este fenómeno sumergido en fórmulas matemáticas, experimentos de gran complejidad tecnológica  y la visionaria inteligencia de un hombre llamado Albert Einstein que hace justo un siglo, cuando todavía tenía el cabello negro y acababa de casarse por segunda ocasión, postuló este hecho a través de su segunda Teoría de la Relatividad General

El Doctor Diego López-Cámara, catedrático CONACYT del Instituto de Astronomía de la UNAM, lo explica de la siguiente forma: “Lo que sucede es que absolutamente toda la información que los astrofísicos teníamos sobre el universo: estrellas, galaxias, radiación cósmica, etcétera, había sido generada a partir de la luz que recibimos de los astros. Puede ser luz sumamente energética, como rayos X o rayos gamma de estrellas masivas que al final emiten mucha energía; o puede ser de fotones que tienen muy poca energía y que vienen de distancias muy lejanas, como el inicio del universo en el Big Bang. Pero esta es la primera vez en la historia en la que se obtiene información sobre un evento cósmico a partir de la deformación del espacio-tiempo”.

Para explorar este concepto de acuerdo con las teorías de la relatividad de Einstein, el tiempo no puede estar separado de las tres dimensiones espaciales, pues depende del estado de movimiento del observador. Uno de los ejemplos más didácticos y recurrentes para entender este concepto sucede cuando se avienta una piedrita en el agua y se generan ondas circulares en el líquido, es así cuando un cuerpo masivo se acelera y cambia el  entorno.  

“El agua sería el espacio tiempo y la piedra que la atravesó es  la masa que genera que el espacio tiempo tenga deformaciones, oscilaciones. Estas son las famosas ondas gravitacionales”, comenta López-Cámara.

Para percatarse a nivel macro cósmico de este sutil ejemplo de una piedra sumergida en el agua, los científicos tuvieron que captar un evento astrofísico de grandes magnitudes como la colisión de dos agujeros negros: uno de 36 masas solares y otro de 29 que al final se fusionaron en uno de 62.

“Las tres masas solares faltantes fueron emitidas en forma de onda gravitacional. Esto convierte  al fenómeno observado el 14 de septiembre del año pasado en el suceso más energético que se ha detectado en el universo después del Big Bang”.

Para registrar el hecho fue necesario el nivel tecnológico desarrollado por LIGO a través de sus dos detectores que trabajan al unísono desde Hanford, Washington y Livingston, Louisiana.

“Nosotros no podemos ver la propia deformación del espacio-tiempo porque estamos inmersos en él. En este momento podría estar pasando una onda gravitacional, pero como deforma todo tan idéntico no nos percatamos  cómo cambiaron las cosas, como se expandieron y regresaron al estado inicial. La luz es la única que sí se percata de esta deformación en un espacio temporal, justo el que utilizan los dos detectores del LIGO”.

Estos detectores utilizados por LIGO trabajan con unas especies de túneles en forma de “L” de cuatro kilómetros de longitud y lo que sus operadores hacen es  lanzar un haz de luz hacía enfrente y 90 grados hacia arriba.

“Cada túnel mide lo mismo, así que la luz tarda lo mismo en ir y en volver. Después de determinado tiempo llegan los haces de luz al unísono, pero si pasa una onda gravitacional, un brazo de este interferómetro se hace más corto. La luz va a llegar antes a uno y por esta  diferencia en la temporalidad nos damos cuenta que pasó una onda gravitacional. en este caso registrado una señal llegó siete milisegundos antes  al detector de Lousiana que al de Washington”, señala el especialista.

López-Cámara también  explica que incluso LIGO  fue capaz determinar de qué región del cielo llegó la onda gravitacional, pues estos detectores son tan sensibles que llegan a detectar diferencias de hasta mil veces el tamaño de un protón.

“Es el experimento más preciso que se ha hecho, incluso más preciso que el del CERN”, apunta  el especialista en referencia al gran acelerador de partículas con el que se observó  el bosón de Higgs en el 2012, todo un acontecimiento en el mundo de la física, pues es  un tipo de partícula elemental que se consideral fundamental en los mecanismos que originaron la masa en el universo.

Logro tecnológico son precedentes

Las ondas gravitacionales fueron detectadas 14 de septiembre de 2015 por los detectores gemelos del LIGO, sin embargo tuvieron que pasar cinco meses para cerciorar el hecho y descartar factores propios del medio ambiente e incluso de los mismo aparatos empleados para detectar el hallazgo que finalmente fue anunciado el pasado 11 de febrero en Estados Unidos.

“Es un gran logro tecnológico esta detección, pues  pocas veces hay una perfecta sintonía entre teoría, simulaciones (gente que las hace en la computadora utilizando la teoría de Einstein) y observaciones. Embona todo a la perfección”, señala el investigador del Instituto de Astronomía de la UNAM. 

Por otra parte, personajes como  Karsten Danzmann,  director del Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein) en Hanover, Alemania señaló que: “los científicos han buscado ondas gravitacionales durante décadas, pero sólo ahora hemos sido capaces de alcanzar las tecnologías increíblemente precisas que son necesarias para captar estos ecos extramadamente débiles del universo”.

Precisamente  la tecnologías desarrolladas por este instituto también contribuyeron a preparar a LIGO para la hazaña y se espera que las próximas observaciones empiecen en el verano, entre los meses de junio y agosto.

La apuesta económica que sustenta este logro científico tampoco es de menospreciarse. Alrededor de 500 millones de dólares fueron invertidos en el  LIGO, pero  la Fundación Nacional de Ciencia (NSF) en EU no es la único interesado en estudiar, e invertirle, a las ondas gravitacionales.

En Alemania existe otro interferómetro trabajando. Se trata del GEO600 que junto con el consorcio Australiano para la Astronomía Interferométrica Gravitacional colaboraron directamente con el proyecto LIGO. De hecho, el detector de ondas gravitacionales GEO600 se utiliza como un laboratorio de ideas y pruebas para experimentar  técnicas más avanzadas en el funcionamiento de detectores y análisis de datos.

Otros países a la vanguardia en este tipo de instrumentos científicos son Italia y Japón. El primero impulsó la creación de Virgo, un  telescopio gravitacional construido cerca de Pisa que comenzó a trabajar en el 2000, pero está a punto de aumentar su sensibilidad mediante una versión tecnológicamente más avanzada que se prevee estará lista este año.

Por su parte Japón, quien por cierto acaba de enviar al espacio un satélite de observación con rayos X, para ampliar el conocimiento sobre la formación de las galaxias o el crecimiento de los agujeros negros, está a cargo del Kagra, otro telescopio  de ondas gravitacionales impulsado por el Instituto de Rayos Cósmicos de la Universidad de Tokio. 

La Academia China de Ciencias presentó por otra parte  un proyecto de detección de ondas gravitacionales en el espacio, sin embargo  el proyecto más consistente del género es el de la Unión Europea a través de su agencia espacial. En diciembre del año pasado fue lanzada la misión LISA Pathfinder por la ESA, la antesala para establecer un gran observatorio de ondas gravitacionales en el espacio en dos décadas.

Las ventajas que puede ofrecer un  observatorio de ondas gravitacionales en el espacio es que   podrá detectar ondas gravitacionales de menor frecuencia.

“En los últimos 80 años se han abierto muchos observatorios, por ejemplo para la búsqueda de fotones, pero también se van a empezar a desarrollar muchos proyectos para detectar ondas gravitacionales, incluso se supone que LIGO en un futuro va ha hacer un interferómetro más en la India. Hay muchísimos fenómenos que  suponíamos que generan ondas gravitacionales, pero siempre se quedaban en teoría o en discusión”, señala el Doctor López-Cámara, cuyo principal objeto de estudio son los rayos gamma y quien está seguro que muy pronto en estos fenómenos menos masivos, también se van a detectar ondas gravitacionales. 

Para el científico en  la próxima década las ondas gravitacionales van a estar cada vez más en la vox populi,pues la gente va a saber más sobre ella y paulatinamente se irán descubriendo las formas en que podrán impactar en la vida cotidiana.

“Hasta este descubrimiento mucha gente utilizaba las ondas gravitacionales como ciencia ficción, como en la película Interestelar cuando mandan información a través de ondas gravitacionales. No hay tanta ficción en esto, pero para llegar a eso falta mucho tiempo.Poco a poco los experimentos van a empezar a ser más precisos y a perfeccionar cada vez más los detectores de ondas gravitacionales. El futuro que viene nos va a abrir los ojos, viene una nueva forma de ver la astronomía”.

 

kal

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