ONDAS GRAVITACIONALES

¿Habéis escuchado alguna vez una onda gravitacional? buuuuuuhuuhuuhuGRIP!! Y se acabó. Es la conversión en ondas sonoras de un fenómeno predicho por Einstein en su teoría de la relatividad general en 1915 y detectado por los físicos de LIGO, (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), 100 años después.

En este pequeño archivo de sonido estamos escuchando el frenético baile que se produjo hace unos mil millones de años entre dos agujeros negros de unas 30 masas solares cada uno, justo en el momento antes de fusionarse. Es un proceso que sólo duró una fracción de segundo, pero que liberó tanta energía como la energía lumínica de todas las estrellas del universo juntas. Si escuchamos con atención podemos oír incluso un GRIP final, momento en el cual los dos agujeros negros se convierten en uno.

Para explicar que es una onda gravitacional deberíamos empezar por explicar que es una onda. Una onda es la manera en la que se propaga la energía sin necesidad de propagar materia. Si tengo una cuerda y quiero generar una energía y que tú la recibas tengo dos opciones; podría lanzarte la cuerda y que esta te golpease, en cuyo caso habríamos tenido una transmisión de energía mediante un desplazamiento de la materia o puedo pedirte que agarres un extremo de la cuerda, coger yo el otro y generar una onda, de este modo la energía se habría propagado a través de la cuerda, pero las partículas materiales que transmitirían la energía a tu mano no serían las mismas a las que yo suministré energía. Un ejemplo análogo podemos observarlo en una ola del mar; cuando estás en la orilla y ves como una boya, 100 metros mar adentro se eleva y vuelve a bajar sabes que esa energía acabará golpeándote, sin embargo las moléculas de agua que estaban en contacto con esa boya no son las que te golpearán

Las ondas necesitan de un medio material para propagarse. La ola el agua del mar, el sonido el aire o la energía que yo generé, necesitaba de la cuerda. Pero… ¿toda onda necesita de un medio material para propagarse? Hasta hace poco la respuesta era No; todas salvo las ondas electromagnéticas (la de la luz). Hoy la respuesta ha cambiado.

Una onda electromagnética varía el campo eléctrico y magnético de una región del espacio durante su propagación. Esta era, hasta hoy, la única manera que teníamos de mirar al universo. Todo lo que nos llegaba de él era luz y, mediante esta luz, hemos podido hacer un mapa y una cronología del universo increíble. Podíamos detectar agujeros negros por el cambio en la velocidad de las estrellas que se acercaban a ellos, calcular lo lejos que estaba una galaxia de nosotros mediante el desplazamiento al rojo de la luz que nos llegaba de ella e, incluso, podíamos hacer un mapa del universo primitivo con la radiación de fondo de microondas… Pero la capacidad de analizar esta luz era la única ventana que teníamos abierta al universo, era nuestro único sentido. Podíamos ver el universo, pero aun no podíamos escucharlo, tocarlo, olerlo, saborearlo…

Con la detección de ondas gravitacionales se abre un sentido nuevo para conocer el universo. A partir de hoy tenemos un tipo más de ondas que nos podrán dar información de él. Es como si acabáramos de demostrar que el universo, además de visto, puede ser oído. Con este nuevo sentido se podrán estudiar el comportamiento de los grandes monstruos del universo como agujeros negros o estrellas de neutrones, pero ¿serán las ondas gravitacionales capaces de demostrar la existencia de materia y energía oscura y posibilitar su estudio? Hasta ahora la existencia de materia y energía oscura es un supuesto teórico del que nadie duda, pero el hecho de no emitir radiación electromagnética imposibilitaba su demostración y estudio.

¿Y qué son entonces las ondas gravitacionales? Para explicarlas debemos pensar en el universo con una concepción relativista, es decir, un universo según la visión de Einstein y no un universo clásico newtoniano. En este universo relativista el espacio y el tiempo no son magnitudes fijas e inmutables. El tiempo se puede ralentizar y el espacio curvarse hasta llegar a desgarrarse en un agujero negro. Debemos imaginarnos el universo como una malla sobre la cual descansa la materia. Mediante esta concepción del universo, la gravedad cambia por completo su definición. Los campos gravitatorios debemos imaginarlos ahora como una deformación de esa malla en el espacio en el que se encuentra una masa (fig 1). La relatividad predice fenómenos en este tejido que han sido comprobados, como la curvatura que sufre la luz cuando entre el emisor y el receptor se interpone una gran masa (fig 2 y 3).

Fig 1

Fig 2

Fig 3

Pues bien, una vez fijado nuestro campo de acción como ese universo en forma de malla, es más fácil entender qué es una onda gravitacional. Los fenómenos supermasivos que ocurren en algún punto del universo, como la fusión de dos agujeros negros o la explosión de una supernova, crean una perturbación en ese tejido en forma de malla. Se produce una ligera elongación en uno de los ejes del espacio y una contracción en los ejes perpendiculares, y esa perturbación se va propagando a lo largo del universo de forma que puede ser detectada. Esto es una onda gravitacional.

¿Cómo se detectan estas ondas? Para ello se construyeron unos túneles de 4 Km cuya distancia es medida con una precisión asombrosa mediante luz láser, midiendo el tiempo que tarda la luz en llegar de un extremo a otro del túnel. Las ondas gravitacionales provocan pequeñísimas elongaciones en uno de los ejes del túnel y el consiguiente acortamiento en el otro eje. Estas ondas son medidas en diferentes observatorios de la red LIGO, eliminando así la posibilidad de confundirlas con ruido de fondo.

 Esta variación es tan pequeña que Einstein, al predecirla, dijo que jamás podría ser detectada. Sin embargo, y sin que sirva de precedente, Einstein se equivocó y el pasado 10 de febrero los científicos del LIGO anunciaban: “¡Hemos detectado ondas gravitacionales! ¡Lo conseguimos!”