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¿Qué son las ondas gravitacionales?

Claves para comprender el elusivo fenómeno

¿Qué son las ondas gravitacionales?

LIGO / CALTECH

Cámara de vacío en el experimento LIGO, en su sede en Hanford (Washington, EEUU).

MICHELE CATANZARO / BARCELONA

Jueves, 11 de febrero del 2016 - 12:14 CET

¿QUÉ SON?

Las ondas gravitacionales son unas deformaciones del espacio-tiempo. En otras palabras, no son unas ondas que se propaguen en el espacio y en el tiempo, sino unas perturbaciones que alteran estas mismas dimensiones. Imaginemos que ponemos una gran bola pesada en un colchón al lado de otra pequeña y ligera: la primera se hundirá y la segunda caerá hacia la primera. Esta imagen da una idea de lo que ocurre con la gravedad, según la visión moderna creada por Einstein. La Tierra es como la bola pesada que deforma el espacio-tiempo situado a su alrededor (el colchón) haciendo que los otros objetos (la bola ligera) experimenten una atracción hacia ella. Esa sería una deformación permanente. Pero algunos fenómenos, como por ejemplo dos estrellas de neutrones que orbitan, producen una deformación que se propaga como una onda, de la misma manera que cuando se lanza una piedra en el agua. El paso de una onda gravitacional modifica la distancias y dimensiones de los objetos de forma imperceptible.


¿CÓMO SE PRODUCEN?

Toda masa produce deformaciones del espacio-tiempo, según la teoría de Einstein. Sin embargo, comparada con las otras fuerzas, la gravedad es extremadamente débil, por lo que se necesitan grandes masas y grandes velocidades para que se produzcan deformaciones detectables con las herramientas disponibles en la actualidad. Por esta razón, para 'oírlas' desde la Tierra, es necesario esperar a que se den fenómenos astronómicos de gran violencia. Los más potentes son las colisiones de agujeros negros, como la que dio lugar a las ondas detectadas por LIGO en septiembre. Pero también emiten ondas los choques entre estrellas de neutrones, o la rotación a gran velocidad de una estrella de neutrones que tenga deformaciones en su superficie. También la formación de supernovas o ciertos comportamientos de las cuerdas cósmicas (objetos de momento solo previstos por algunas teorías) podrían generar ondas detectables.


¿POR QUÉ SON IMPORTANTES?

Las existencia de ondas gravitacionales es la última predicción de Einstein que queda por comprobar. El genial físico planteó la hipótesis de que existían ya hace 100 años. Su existencia era una consecuencia de la teoría de la relatividad general, la interpretación moderna del fenómeno de la gravitación formulada por el científico, que superaba la visión clásica de Newton. La existencia de las ondas gravitacionales es una derivación matemática de una asunción básica de la teoría de Einstein: que ningún objeto o señal se puede desplazar más rápido que la luz. Para Netwon, cuando un objeto se movía, su campo gravitatorio se movía al instante, es decir, más veloz que la luz. La teoría de las ondas gravitacionales, por el contrario, concilia la gravitación con el límite máximo de la velocidad. La detección anunciada es la confirmación definitiva de la teoría de Einstein. Los expertos creen que quienes lo han logrado se van a llevar casi seguramente un premio Nobel.


¿PARA QUÉ SIRVEN?

Además de confirmar la teoría formulada por Einstein hace un siglo, las ondas gravitacionales prometen abrir una nueva ventana de observación sobre el Universo. Los sucesos que producen estas ondas son de los más violentos que ocurren en el cosmos, como colisiones de agujeros negros, por ejemplo. Es decir, las ondas gravitacionales nos aportan información de esos grandes cataclismos difíciles de observar por otros caminos. Además, las ondas residuales de los eventos ocurridos justo después del Big Bang podrían proporcionar información sobre el origen del Universo. Las ondas son difíciles de detectar porque no interaccionan casi con nada, lo que dificulta medir su paso, pero ello es también su gran ventaja puesto que pueden propagarse por el Universo y transmitir información no perturbada. Otras aplicaciones son entender mejor las supernovas y la expansión del Universo y precisar la teoría de las cuerdas cósmicas.


¿CÓMO SE DETECTAN?

Incluso los fenómenos astronómicos de mayor envergadura producen perturbaciones microscópicas, con desplazamientos más pequeños que la medida de un protón. Por este motivo, los detectores de ondas son dispositivos enormes y delicados. La herramienta más eficaz son los grandes interferómetros Advanced LIGO, en Estados Unidos, y VIRGO, en Italia. Un interferómetro de este tipo está formado por un sistema de túneles de varios kilómetros en forma de L por los cuales discurren láseres que rebotan en espejos e interfieren al cruzarse. Cuando pasa una onda gravitacional, se detecta una perturbación en la interferencia, debido a la deformación del espacio-tiempo entre los espejos. LIGO, cuya última versión se estrenó el pasado septiembre, consta de dos detectores en Washington y Luisiana, separados por 3.000 kilómetros. Otras herramientas para estudiarlas son los pulsar 'timingarrays', radiotelescopios que miden la luz de los púlsares y telescopios astronómicos como el futuro LISA.


¿CUÁL HA SIDO LA HISTORIA?

Einstein planteó la existencia de ondas gravitacionales en 1916, hace exactamente un siglo, pero dudaba de que alguna vez se llegaran a detectar. En 1969 se anunció su hallazgo, pero la observación fue desmentida. Luego, en 1974, se detectaron dos estrellas de neutrones que orbitaban siguiendo la trayectoria matemáticamente prevista si hubieran estado emitiendo ondas gravitacionales, considerada la primera prueba indirecta de su existencia. En el 2014, el observatorio BICEP2 anunció el descubrimiento de trazas de las ondas gravitacionales emitidas en el Big Bang. Fue una noticia mundial, pero también fue desmentido. Tras la actualización de LIGO el año pasado, desde hace unos meses empezaron a circular rumores sobre la detección que finalmente se han confirmado. En este caso, los científicos han esperado a la aceptación y publicación de un artículo científico en una revista internacional para hacer público el anuncio.

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