México (Por Julio García G. / Periodista de Ciencia).- El 14 de septiembre de 2015, científicos de LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) en Estados Unidos, detectaron las primeras ondas gravitacionales. El anuncio, que marcó un parteaguas en la ciencia, se hizo oficial apenas unos meses después: el 11 de febrero de 2016.
Los intentos por descubrirlas se remontan a los años sesenta del siglo XX, cuando el físico experimental de origen estadounidense, Joseph Weber, de la Universidad de Maryland, afirmó haberlas encontrado. No obstante, los experimentos posteriores no hallaron pruebas definitivas de su existencia.
Weber – sin duda un visionario– inspiró a las siguientes generaciones en la búsqueda de estas elusivas ondas a pesar de que, en su momento, y durante gran parte de su vida, fue hecho a un lado por la comunidad científica; paradójicamente por tener ideas que resultaban demasiado audaces y novedosas para su época.
Las ondas gravitacionales fueron predichas por Albert Einstein y son consecuencia directa –como los agujeros negros– de los postulados de la Teoría de la Relatividad General. Cien años después de aquel maravilloso momento para la física, de aquel 1915 del siglo pasado cuando Einstein dio a conocer la Relatividad ante la Academia Prusiana de Ciencias en Berlín, se ha podido demostrar su existencia y su presencia ha abierto en la astronomía un campo de estudio sumamente interesante. Por ejemplo, se sabe que éstas encogen y estiran el espacio-tiempo mientras viajan por el Universo a la velocidad de la luz, a unos 300,000 kilómetros por segundo.
Su origen está relacionado con la presencia de objetos muy grandes, como agujeros negros, que, cuando giran a velocidades muy aceleradas, modifican la curvatura del espacio-tiempo –a tal grado– que emiten ondas. De hecho, cualquier objeto, como la Tierra o el Sol, generan ondas gravitacionales (curvan el espacio-tiempo, pero en menor medida que un agujero negro), aunque son tan débiles que resulta prácticamente imposible detectarlas.
El observatorio de ondas gravitacionales LIGO. Imagen: The Virgo Collaboration/CCO 1.0.
El fenómeno sería equiparable a cuando lanzamos una piedra a un estanque ya que, una vez que la piedra golpea el agua, se producen ondas concéntricas que se van haciendo más débiles y menos intensas conforme se alejan del sitio en donde golpeó la piedra. En cambio, conforme más nos acercamos al sitio donde la piedra golpeó el agua, las ondas serán más fuertes.
La diferencia entre las ondas gravitacionales y las ondas del agua es que las primeras se esparcen por el universo a velocidades enormes y las segundas pueden verse a simple vista sin necesidad de recurrir a equipo especializado, además de que se mueven de forma mucho más lenta.
Las ondas gravitacionales modifican el tejido, no del agua, sino del mismo espacio-tiempo. Algo que resulta en sí mismo sorprendente porque, cuando en el Universo se produce un evento de gran magnitud, como la fusión de dos agujeros negros, estas ondas pueden detectarse desde la Tierra a través de instrumentos altamente sensibles como LIGO.
De hecho, la fusión de dos agujeros negros fue lo que llevó a los científicos a cargo del detector a encontrar las primeras ondas gravitacionales. Y, curiosamente, desde esa fecha y hasta ahora, se han podido observar más de 300 fusiones. Por ejemplo, la detección ocurrida en 2015 fue gracias a que dos agujeros negros se fusionaron creando uno solo; es tan grande que es 62 veces más masivo que el Sol.
Por otro lado, hace unos días, a través de un trabajo de investigación publicado en el servidor Arxiv de la Universidad de Cornell (éste todavía no ha tenido la revisión por pares necesaria en el mundo de la ciencia para validar o descartar un trabajo de investigación), un grupo de científicos, también de LIGO, dio a conocer la presencia de la fusión de dos agujeros negros. El resultado de esta fusión se ha traducido en que se ha generado un objeto unas 225 veces más masivo que el Sol.
Simulación de ondas gravitacionales a partir de la fusión de dos objetos masivos. Imagen: Shutterstock.
El objeto ha sido bautizado como GW231123 y, al contrario de los otros 300 agujeros negros detectados, es especial no solamente por su tamaño sino porque gira extremadamente rápido.
A decir del astrónomo Charlie Hoy, investigador asociado de la Universidad de Portsmouth (Reino Unido), y entrevistado recientemente por la cadena CNN, “GW231123 representa un verdadero desafío para nuestra comprensión de la formación de los agujeros negros” porque “hasta ahora, la mayoría de los agujeros negros que hemos encontrado con ondas gravitacionales han girado con relativa lentitud”, por lo tanto, añade Hoy, “esto sugiere que GW231123 podría haberse formado mediante un mecanismo diferente al de otras fusiones observadas, o podría ser una señal de que nuestros modelos necesitan cambiar”.
Este desafío, al que hace referencia Hoy, parece provenir también del hecho de que existen muchos agujeros negros que se forman a partir de la muerte de estrellas masivas. Pero, en este caso, y en muchos otros más, éstos se encuentran solos merodeando por el Universo. Por lo tanto, saber cómo rotan estos agujeros negros solitarios –que no tienen estrellas compañeras u otros agujeros negros cercanos– representa uno de los grandes desafíos que enfrenta la ciencia (quizá los avances en detección de ondas gravitacionales más débiles puedan darnos una respuesta).
En este sentido, al contrario que las estrellas y otros objetos, los agujeros negros no emiten luz ni ningún tipo de radiación electromagnética, por lo tanto, no es posible detectarlos ni estudiarlos a través de telescopios. La única manera de hacerlo es mediante la ´huella´ que dejan ´impresa´ en forma de ondas gravitacionales.
El problema radica en que, a pesar de que LIGO es el detector más sensible construido hasta la fecha, y de que ha tenido actualizaciones importantes que lo han ido mejorando (los brazos de los que está hecho son en realidad inmensos tubos al vacío que, gracias a un láser, miden la distorsión de este láser cuando pasan ondas gravitatorias), todavía se requiere de mayor sensibilidad.
El físico Joseph Weber trabajando en su laboratorio Imagen: Universidad de Maryland.
Por ello, existen varios proyectos en puerta que servirán no solamente para optimizarlo sino también para complementarlo. Por ejemplo, se espera que en 2030 comience a funcionar el Telescopio Einstein el cual está financiado por la Unión Europea. Dicho telescopio -que tendrá la forma de un triángulo equilátero de 10 kilómetros cada lado- tendrá mayor sensibilidad que LIGO ya que será capaz de detectar eventos más lejanos y débiles.
Además, también en 2030, Estados Unidos pondrá en marcha el Cosmic Explorer (que podría ser el sucesor de LIGO) y que tendrá brazos que medirán hasta 40 kilómetros (LIGO tiene brazos de 4 kilómetros). Por lo tanto, este nuevo detector, de concretarse, tendrá hasta 10 veces más sensibilidad que LIGO.
Y, por si fuera poco, tanto la Agencia Espacial Europea como la NASA, tienen un proyecto en conjunto llamado LISA, cuyo lanzamiento está previsto para 2035. Éste será el primer detector de ondas gravitacionales en el espacio y tendrá la capacidad de obtener información sobre la fusión de agujeros negros supermasivos, sistemas binarios de estrellas. Además, podría detectar señales del Universo temprano.
La astronomía de ondas gravitacionales comenzó formalmente en 2015 y su futuro es prometedor porque nos acercará a la comprensión de fenómenos cósmicos que hoy están velados. Que estos fenómenos sigan siendo misteriosos, como es el hecho, por ejemplo, de que existan agujeros negros y que lleguen a fusionarse (además de que algunos rotan casi a la velocidad de la luz), no debe entenderse como algo inexplicable o sobrenatural, sino más bien como un reflejo de los límites actuales de la ciencia y la tecnología, a pesar de los avances espectaculares que desde el siglo XX se han logrado tanto desde la perspectiva teórica como experimental.
El asunto es saber cómo puede complementarse la astronomía tradicional, basada en la óptica, la luz y el electromagnetismo, con los avances del siglo XXI donde las ondas gravitacionales parece que están tomando un papel central.
