Se trata del hallazgo astronómico más importante de la historia. Kip Thorne, el pionero del experimento que ha captado la primera onda gravitacional dice que el crédito del hallazgo es para los científicos jóvenes.
¿De dónde ha salido esa onda gravitacional? La destrucción de dos invisibles agujeros negros generó más energía que la luz que emiten todas las estrellas del Universo visible.
Incluso para los astrofísicos acostumbrados a manejar conceptos como supernovas, estrellas de neutrones y agujeros negros, la señal que han captado los dos observatorios LIGO es extraordinaria: un mero “blip” de apenas dos décimas de segundo tan breve que, para que los asistentes a la conferencia de prensa pudieran escucharlo, ha habido que pasar el audio varias veces a velocidad muy lenta.
Ese modesto chasquido contiene información sobre una catástrofe cósmica de proporciones inauditas: el choque —más bien la fusión— de dos agujeros negros de masa mediana, que giraban alocadamente uno en torno a otro, emitiendo en cada giro una perturbación gravitatoria. Es un proceso similar al de los electrones que al moverse por los circuitos de una antena emiten ondas de radio. Sólo que aquí, los electrones son en realidad singularidades, enormes masas concentradas en un simple punto al que su propia gravedad aísla de nuestro universo.
Los dos agujeros negros que protagonizaron la catástrofe se encontraba a unos 1.300 millones de años luz de nosotros, más o menos en la dirección general de la Gran Nube de Magallanes. Con sólo dos detectores, es difícil afinar más; si hubiese estado en marcha un tercero —como el VIRGO europeo, situado cerca de Pisa—, quizá hubiese podido precisarse más.
Los dos agujeros negros tenían masas 36 y 29 veces mayores que nuestro Sol. Al principio, habían estado separados por una distancia cómoda y su rotación mutua se hacía a velocidades razonables. Pero en cada giro, emitían una debilísima perturbación gravitacional, con el resultado de ir perdiendo paulatinamente energía, acercándose cada vez más entre sí y acelerando su movimiento. A medida que éste se hacía más rápido, las ondas gravitacionales aumentaban su frecuencia, que fue pasando paulatinamente desde unos tonos bajísimos a otros más y más altos.
En sus momentos finales, los dos agujeros negros giraban a aproximadamente la velocidad de la luz. Y recordemos que estamos hablando de unos cuerpos con la masa de treinta soles. En esas condiciones, la frecuencia de las ondas iba aumentando hasta alcanzar valores comparables a los de una nota de piano. Ese es el “blip” que detectaron los observatorios, con una diferencia de sólo 7 milisegundos, primero en Washington y después en Louisiana. Ese es el tiempo que tardó la onda en cubrir los 3.000 kilómetros que separan los dos detectores LIGO. Y esa diferencia es la que ha permitido triangular muy burdamente la posición de la fuente.
Como si fueran dos bolitas de mercurio que entran en contacto, después de la colisión los dos agujeros negros se fusionaron en uno solo de 62 masas solares. Efectivamente, las masas originales no suman. La diferencia, unos tres soles, se convirtió en una titánica oleada energía: en gran parte la onda detectada son sus restos fósiles. Entre perturbaciones gravitatorias y radiación electromagnética, se calcula que desprendió tanta energía como nuestro Sol en 15 billones (1012) de años. Billones europeos, o sea, unas cien veces la edad del Universo.
Por un brevísimo instante, hace más de mil millones de años, en un lugar lejano mucho más allá de nuestra galaxia, la destrucción de dos invisibles agujeros negros generó más energía que la luz que emiten todas las estrellas del Universo visible.
El fisico teórico padre de LIGO dice: “Este evento ha causado una tormenta en la que se podría viajar en el tiempo”
Kip Thorne es uno de los mayores expertos en agujeros negros del mundo. Desde ayer, también es un claro favorito al Nobel de Física. En los años setenta fue a contracorriente de la mayoría de la comunidad astronómica mundial. Al contrario que ellos, que se volcaban en el desarrollo de telescopios ópticos para captar la luz en todas sus longitudes de onda, él propuso una nueva forma de observar el cosmos, más bien de escucharlo, a través de las ondas gravitacionales. Este físico teórico ha desarrollado la mayor parte de su carrera en Caltech, donde impulsó la construcción del Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO) junto a Ronald Drever, también de Caltech, y Rainer Weiss, del MIT. Además, es una estrella de la divulgación —fue asesor científico de Interstellar— y prepara otra película con Stephen Hawking.
Ayer Thorne habló a la prensa al teléfono desde Washington, donde presentó al mundo la primera detección de una onda gravitacional y el comienzo de esa nueva era de la astronomía que impulsó hace cuatro décadas.
¿Cómo se enteró del descubrimiento?
Estaba trabajando en casa por la mañana del 14 de septiembre y me mandaron un correo para que mirara la web interna de LIGO. Allí se almacenan automáticamente los resultados del experimento. Recibe los datos de Hanford y Luisiana [lugar de los dos detectores] y hace un gráfico de las frecuencias recibidas. Y en las detecciones de ambos sitios vi lo que llamamos una señal de pitido cuya frecuencia aumenta con el tiempo. Era exactamente la señal que esperábamos que produjeran las ondas gravitacionales. La miré y dije, «Dios mío, probablemente la tenemos, esto es demasiado bueno para ser verdad».
¿Cómo se siente tras este hallazgo?
La mayoría de los que han participado en la detección dicen que están entusiasmados. En mi caso, es un sentimiento de profunda satisfacción. He trabajado muy duro desde los años setenta, tanto en la construcción de LIGO como en el desarrollo de las simulaciones, para entender lo que vemos y que han jugado un papel fundamental.
¿Por qué son tan importantes estas ondas?
Son importantes por el futuro al que nos llevan. Por un lado hoy [por ayer] hemos hecho muchos descubrimientos pioneros. La primera detección de ondas gravitacionales llegando a la Tierra, la primera observación de dos agujeros negros chocando y uniéndose para crear uno nuevo, las simulaciones del evento, que nos permiten observar por primera vez cómo se comporta el espacio y el tiempo cuando ambos están oscilando de forma salvaje igual que en una tempestad en el océano.
Pero lo más importante es que se abre la observación humana a un nuevo tipo de radiación. Todo lo que hemos hecho hasta ahora esencialmente se basa en ondas electromagnéticas. Ahora accedemos a otro tipo de radiación completamente nuevo. En las próximas dos décadas vamos a ver el mismo desarrollo que en la astronomía convencional, comprenderemos cuatro tipos de ondas gravitacionales con diferentes periodos de oscilación y cada una nos dirá cosas muy diferentes del universo. Las ondas que hemos visto oscilan en periodos de milisegundos. Pero usando LISA, que será una antena espacial, algo así como LIGO en el espacio, vamos a captar periodos que son 1.000 veces más largos, de minutos a horas. Vamos a ver incluso periodos de años y décadas. Vamos a ver la marca que dejan en el cielo ondas que tienen periodos de miles de millones de años. Vamos a ver muchas cosas que no habíamos visto antes, y esto sucederá en las próximas dos décadas.
¿Quién debe recibir el crédito por este hallazgo?
El crédito es de los jóvenes científicos experimentales que han sacado este experimento adelante. Tanto en diseño, como en construcción, como en el análisis de datos. Es su descubrimiento.
¿Cómo sería estar cerca del evento que han observado?
Verías el tiempo acelerándose y atrasándose, verías el espacio estirarse y contraerse de forma muy violenta. Viajarías en el tiempo de alguna forma porque el tiempo correría hacia adelante más lento de lo normal y luego mucho más rápido, todo de forma salvaje. Es un evento muy breve solo dura una fracción de segundo. Así que lo que necesitamos es enviar un robot que pueda captarlo todo muy rápido. Nadie sobreviviría a un evento como este.
El CONICET explica
La teoría de la relatividad general de Albert Einstein revolucionó la física y hasta hoy contrastar a través de la observación algunos de sus postulados desvela a más de un investigador alrededor del mundo. En este sentido, las ondas gravitacionales constituyen un caso de particular interés dentro de las teorías enunciadas por él a partir de 1916. En ese entonces el físico alemán reconoció que los cuerpos más violentos del cosmos liberan parte de su masa en forma de energía a través de estas ondas, pero en primera instancia pensó que no sería posible detectarlas debido a que se originan demasiado lejos y serían imperceptibles al llegar a la Tierra. Hoy, un grupo de científicos hizo pública por primera vez la detección de este fenómeno, abriendo así una nueva ventana por la cual asomarse a entender el universo.
Por ello, Oscar Reula y Carlos Kozameh, investigadores de CONICET en el Instituto de Física Enrique Gaviola (IFEG, CONICET-UNC) hablan al respecto.
¿Qué son las ondas gravitacionales?
O.R: Serían como arrugas en el espacio-tiempo, causadas por objetos de gran tamaño que al moverse producen una onda que se propaga, como ocurre cuando una piedra cae en una laguna. Estas ondas no se deforman, viajan sin perturbarse y, si se las analiza, pueden brindar información acerca del proceso que tuvo lugar cuando se crearon. Por lo tanto, constituyen una nueva fuente para conocer el universo y es por eso que medirlas despertó tanto interés. Las ondas gravitacionales deforman el tiempo y el espacio y, en teoría, viajan a la velocidad de la luz. Su paso puede modificar la distancia entre planetas, aunque de forma muy leve.
¿De dónde vienen?
C.K: Provienen principalmente de la fusión de objetos masivos, pero estos fenómenos no son muy frecuentes y además suceden a millones de años luz del Sistema Solar, pero en general se generan por objetos muy masivos sometidos a fuertes aceleraciones o cuerpos masivos no homogéneos rotando a gran velocidad. Pueden ser fuentes de estas ondas la explosión de una supernova e incluso la formación de un agujero negro.
¿Cómo pueden ser medidas?
O.R: Para medir una onda gravitacional se puede cuantificar la distancia relativa entre dos cuerpos y la variación que sufre cuando la onda pasa. La interferometría láser es una técnica que permite registrar estas pequeñísimas magnitudes con la precisión necesaria para obtener información directa de qué es lo que ocurre en el espacio-tiempo y de la dinámica de los objetos que crearon esa onda y es la técnica utilizada por LIGO.
¿Qué es LIGO?
C.K: LIGO es un experimento de detección de ondas gravitacionales. La sigla proviene de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (Observatorio de interferometría láser de ondas gravitacionales). Su misión era confirmar la existencia de estas ondas predichas por la teoría de la relatividad general de Einstein. Se trata de un instrumento óptico de precisión.
¿Cómo funciona la interferometría láser?
O.R: En un túnel con forma de “L”, cuyos brazos miden 4 km. de largo cada uno, se emite desde el vértice un láser que viaja simultáneamente hacia dos espejos ubicados cada uno en el extremo de uno de los lados. Cuándo el láser rebota, debe volver desde los dos espejos al punto de inicio, al mismo tiempo. Si una onda atraviesa la trayectoria del láser y deforma el espacio-tiempo en esa zona, esto no ocurrirá y las distancias entre los dos brazos se acortarán. Las diferencias que se registren van a brindar la información necesaria para hacer los cálculos que determinen el origen de la onda captada.
¿Por qué es importante este descubrimiento?
O.R: Por varias razones; por un lado confirma la existencia de las ondas gravitacionales, lo cual ya se sabía indirectamente la haberse medido la aceleración de los períodos orbitales de binarias conteniendo un pulsar, esa aceleración es una consecuencia directa de la disipación de energía gravitacional por las ondas que se producen en estos sistemas. En este caso se trata de una observación directa del fenómeno; Por otro lado se trata de un instrumento de una precisión inimaginable, las distancias que se miden son del orden de las del radio del protón. De hecho, mucha gente descreía que se pudiese llegar a tales precisiones. En un instrumento maravilloso. Finalmente porque se abre una nueva ventana para escrutar el universo. Lo podemos comparar con el momento histórico cuando Galileo dirigió su primer telescopio al cielo y comenzó a ver un universo insospechado. Cada vez que hemos observado el universo con un instrumento novedoso hemos encontrado fenómenos que no habíamos imaginado antes. Creo que este será el caso con estos nuevos instrumentos, se ha creado una nueva disciplina que nos dejará boquiabiertos.
C.K: Es una confirmación de Relatividad General en límite de altas energías. Es increíble que a 100 años de su creación Einstein nos siga sorprendiendo con su inteligencia.
Fuente: El País, Conicet. Aportado por Eduardo J. Carletti
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