Detección de ondas gravitacionales, nueva ventana al estudio sobre el universo

El anuncio a nivel mundial de la primera detección directa de ondas gravitacionales es una excelente noticia para la física porque abre una nueva ventana de estudio sobre el universo y sus misterios, coincidieron los investigadores Nora Bretón Báez, del Cinvestav, y Marcelo Salgado Rodríguez, de la UNAM.

Las ondas gravitacionales son producidas por perturbaciones en la trama del espacio-tiempo por los efectos del desplazamiento de enorme masas. Estas perturbaciones se desplazan a la velocidad de la luz en  forma de ondas y nada las detiene.
 
“El problema de este tipo de ondas es que su amplitud es muy pequeña y se requiere de una sensibilidad enorme, por eso pasaron muchos años para lograr tener la instrumentación necesaria para su detección”, dijo Salgado Rodríguez, del Instituto de Ciencias Nucleares de la Universidad Nacional Autónoma de México y miembro de la Academia Mexicana de Ciencias (AMC).
 
Las ondas gravitacionales emitidas, por ejemplo, por agujeros negros, la explosión de supernovas y sistemas binarios, “es un descubrimiento tan importante como el descubrimiento de la partícula de Higgs y definitivamente abrirá una ventana en el tema de detección. Primero tuvimos telescopios, luego detectores de neutrinos y rayos cósmicos, pero ahora tenemos la capacidad de detectar ondas gravitacionales que se propagan a través del espacio-tiempo sin importar lo que haya entre la fuente y la Tierra”.
 
La detección de las ondas gravitacionales se hizo en Estados Unidos el pasado 14 de septiembre por los instrumentos del observatorio LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), interferómetros con túneles en forma “L” que miden cada uno 3 kilómetros. Existen dos de tales interferómetros, separados unos 4000 kilómetros, uno se encuentra  en Livingston, Louisiana, y en otro en  Hanford, Washington. La comparación de los momentos de llegada de las ondas gravitacionales a los dos detectores LIGO mostraron 7,1 milisegundos de diferencia, datos que confirmaron su existencia.

El descubrimiento fue realizado en colaboración con investigadores del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia a través del proyecto Virgo. Los físicos determinaron que las ondas gravitacionales detectadas en septiembre nacieron en la última fracción de segundo antes de la fusión de dos agujeros negros, objetos celestes aún misteriosos que resultan del colapso gravitacional de enormes estrellas. El análisis de los datos permitió determinar que esos dos agujeros negros se fusionaron hace unos 1 300 millones de años. Cada uno de ellos era entre 29 y 36 veces la masa del Sol.
 
“Lo que detectaron estos interferómetros fue la fusión de dos agujeros negros, que por definición no emiten luz, pero sí ondas gravitacionales, entonces hasta ahora no había otra forma de detectar esa actividad”, destacó Salgado.
 
Un fenómeno ya observado de manera indirecta en 1980
Albert Einstein en su Teoría General de la Relatividad de 1915 ya predecía teóricamente la existencia de las ondas gravitacionales. Este fenómeno suele ser representado como la deformación que ocurre cuando un peso reposa sobre una red. En este caso, la red representa el entramado espacio-tiempo. Hasta ahora no se había observado directamente este fenómeno pero sí de manera indirecta desde la década de 1980, explicó por su parte Nora Bretón Báez,  investigadora del Departamento de Física del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional.
 
El descubrimiento del pulsar binario PSR 1913+16 por Joseph Taylor y Russell Hulse les valió el Premio Nobel de Física en 1993. Estos sistemas han sido de gran interés debido a que la medición de la disminución de los períodos en púlsares binarios confirmó indirectamente la existencia de la radiación gravitacional.  
 
“Esto ya estaba confirmado de manera indirecta en los sistemas binarios, en especial se había detectado en las estrellas de neutrones, pero no se había detectado de manera directa la radiación gravitacional, y ello se debe a que las ondas gravitacionales, al ser perturbaciones del espacio-tiempo, no chocan sino que se propagan sin ser perturbadas. Ocurren en todo el universo pero tienen que ser muy violentas para poder ser captadas por detectores como LIGO”, dijo la también integrante  la AMC.

El descubrimiento fue realizado en colaboración con investigadores del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia a través del proyecto Virgo. Los físicos determinaron que las ondas gravitacionales detectadas en septiembre nacieron en la última fracción de segundo antes de la fusión de dos agujeros negros, objetos celestes aún misteriosos que resultan del colapso gravitacional de enormes estrellas. El análisis de los datos permitió determinar que esos dos agujeros negros se fusionaron hace unos 1 300 millones de años. Cada uno de ellos era entre 29 y 36 veces la masa del Sol.
 
“Lo que detectaron estos interferómetros fue la fusión de dos agujeros negros, que por definición no emiten luz, pero sí ondas gravitacionales, entonces hasta ahora no había otra forma de detectar esa actividad”, destacó Salgado.
 
Un fenómeno ya observado de manera indirecta en 1980
Albert Einstein en su Teoría General de la Relatividad de 1915 ya predecía teóricamente la existencia de las ondas gravitacionales. Este fenómeno suele ser representado como la deformación que ocurre cuando un peso reposa sobre una red. En este caso, la red representa el entramado espacio-tiempo. Hasta ahora no se había observado directamente este fenómeno pero sí de manera indirecta desde la década de 1980, explicó por su parte Nora Bretón Báez,  investigadora del Departamento de Física del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional.
 
El descubrimiento del pulsar binario PSR 1913+16 por Joseph Taylor y Russell Hulse les valió el Premio Nobel de Física en 1993. Estos sistemas han sido de gran interés debido a que la medición de la disminución de los períodos en púlsares binarios confirmó indirectamente la existencia de la radiación gravitacional.  
 
“Esto ya estaba confirmado de manera indirecta en los sistemas binarios, en especial se había detectado en las estrellas de neutrones, pero no se había detectado de manera directa la radiación gravitacional, y ello se debe a que las ondas gravitacionales, al ser perturbaciones del espacio-tiempo, no chocan sino que se propagan sin ser perturbadas. Ocurren en todo el universo pero tienen que ser muy violentas para poder ser captadas por detectores como LIGO”, dijo la también integrante  la AMC.

Este descubrimiento abre la puerta a nuevos proyectos de investigación, uno de los más relevantes es LISA (Laser Interferometer Space Antenna), un satélite que lanzará la Agencia Espacial Europea para observar ondas gravitacionales mediante un grupo de tres satélites aplicando técnicas de interferometría láser que requieren mediciones de alta precisión, dijo la especialista en gravitación y física matemática.
 
A raíz de la noticia difundida hoy en Washington DC y simultáneamente en ruedas de prensa en París y Londres, la radiación gravitacional se podría usar para estudiar regiones poco exploradas del universo: “Por ejemplo, el centro de las galaxias no se puede observar porque la luz que proviene de ahí sufre muchas interferencias, es dispersada por todo el polvo. Si se pudiera detectar la radiación gravitacional que es muy limpia, nos daría idea de cómo se forma y qué hay en el centro de las galaxias. También se podría observar cómo se forman las estrellas porque ahora lo que se ve en los telescopios son nubes de polvo, pero nunca sabemos qué pasa adentro porque la luz sale de manera muy dispersa”, señaló Bretón.
 
En ese sentido, Salgado Rodríguez añadió que lo que hoy se anunció parecen sucesos  muy lejanos a la vida cotidiana, aunque después tienen una aplicación común, como el uso de los GPS, que gracias a la teoría de la relatividad funciona con mayor precisión al considerar correcciones de las diferencias de tiempo producidas por el efecto gravitacional, por eso es importante lo que sucede en los campos teórico y  experimental, “en este caso de las ondas gravitacionales, los instrumentos permiten corroborar las teorías de los investigadores”.
 
Bretón y Salgado coincidieron que para los grandes descubrimientos o hallazgos, es necesario tener un poco de cautela, esperar a tener más información, que la comunidad científica haga las críticas constructivas sobre el resultado, con el objeto de que se confirme totalmente la teoría.