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viernes, febrero 12, 2016

La música del Universo

Detectadas por primera vez las ondas gravitacionales predichas por Einstein.

El Cosmos vibra bajo los incesantes "golpes" de los fenómenos más energéticos conocidos, como es la fusión de dos agujeros negros. Como una piedra lanzada a un estanque, que provoca con su impacto una serie de ondas que se extienden por la superficie en todas direcciones, un acontecimiento suficientemente poderoso puede generar algo equivalente en el tejido espacio tiempo. Es una forma simple de explicarlo, en realidad de una simpleza casi insultante teniendo en cuenta sus implicaciones, pero quizás es la mejor manera de aproximar a todos la naturaleza del descubrimiento ahora anunciado. Es un día histórico en muchos sentidos, ya que se abre una nueva ventana para comprender el Universo, además de apoyar una de las predicciones de la teoría general de la relatividad, que hasta ahora se había resistido, generado inevitablemente dudas ahora disipadas.

¿Que son las ondas gravitacionales? Como se han detectado? Que hace que sea tan importante su descubrimiento? Vamos con una serie de preguntas y respuestas que ayudarán a dar un poco de luz sobre ellas. No de forma profunda, algo que queda para gente infinitamente más instruida en el tema, pero que nos ayudará a no quedarnos "en blanco" y con cara de no entender nada cuando oigamos hablar de ellas:

¿Que son? Se pueden describir como ondulaciones concéntricas que encogen y estiran el tejido mismo del espacio-tiempo mientras viajan a la velocidad de la luz, como si fueran olas que se expanden a partir de un punto de origen, suficientemente energético para provocar semejante desplazamiento.

¿Cual es el origen de las ahora detectadas? Conocidas con el nombre de GW15091, se cree que nacieron de la colisión y fusión de dos agujeros negros a 1300 millones de años luz, con unas masas estimadas respectivamente de 29 y 36 masas solares, y que en su cataclísmica fusión dieron nacimiento a un súper agujero negro de 62 masas solares, emitiendo hasta el equivalente de 3 masas solares en forma de ondas gravitatorias.

¿Quién fue el primero en pensar en ellas? Albert Einstein, hace ahora un siglo. Son consecuencia de su teoría general de la relatividad, donde se plantea que el espacio-tiempo es curvo y que objetos de gran masa y aceleración pueden distorsionarlo y producir ondas gravitacionales.

¿Es la primera vez que se detectan? Aunque su existencia se deducía, en realidad seguía siendo una "asignatura pendiente" para los astrofísicos, y su aparente ausencia un puzzle si se aceptaba la Teoría de la Relatividad como esencialmente correcta. Hasta ahora no se habían podido detectar directamente, a pesar de que desde hace 50 años que diversos experimentos en todo el mundo trataron de conseguir sin éxito la ansiada detección. Al ser extremadamente tenues y producto de acontecimientos poco frecuentes se necesitaba una capacidad tecnológica solo recientemente alcanzada.

¿Solo los grandes cataclismos producen estas ondas espacio temporales? No, en teoría cualquier masa en movimiento las genera, pero la mayoría son tan débiles que no tienen ningún efecto medible.

Por qué son tan tenues? Cuando el tejido del espacio-tiempo sufre un "golpe" lo suficientemente intenso, vibra como un tambor, en forma de ondulaciones que se expanden en todas direcciones. Pero por ello mismo se dispersan con relativa facilidad, haciéndose cada vez más pequeñas hasta ser indetectables. Una distorsión que pueda tener varios Kilómetros en el momento de su nacimiento, puede llegar a la Tierra con una amplitud no mayor de un Protón, como es el caso ahora presentado. De ahí que sean tan esquivas.

¿Que consecuencias tienen esta detección? Además de reforzar aún más la Teoría de la Relatividad de Einstein, ser capaces de captar dichas ondulaciones del tejido del espacio nos proporcionara información sobre los objetos que las producen, los eventos más violentos como las supernovas o las colisiones y fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones. En realidad es como si se hubiera abierto una nueva ventana al Universo. Si hasta ahora lo estudiábamos mediante las ondas electromagnéticas (luz visible, infrarrojo, radio, ultravioleta, rayos x, ect..), ahora entramos en una nueva etapa con el acceso a las ondas gravitacionales.

¿Quien es el responsable de la detección de GW15091? El observatorio LIGO (Interferometer Gravitational-Wave Observatory), formado por un sistema de dos detectores idénticos construidos en Hanford (estado de Washington) y Livingston (Luisiana). Al estar separadas por 3.000 km, esto les permite comparar y confirmar los datos sobre cualquier perturbación espacio-temporal provocada por estas ondas.

¿Como funciona? En cada detector, un haz de luz láser se divide en dos y se envía por túneles idénticos de vacío, de 4 km de longitud y dispuestos de forma perpendicular. Dentro hay unos interferómetros que hacen rebotar la luz láser entre espejos situados en los extremos de estos gigantescos tubos. Si una onda gravitacional pasa por ellos, extienden y comprimen la longitud de los brazos, ya que el mismo espacio la hace. La luz de uno de los haces viaja un poco más allá que la del otro en una pequeñísima fracción del ancho de un átomo, y esto se puede medir. De hecho, los dos brazos funcionan como reglas de luz dispuestas en ángulo recto.

¿No podría ser un error de los instrumentos o el método usado? En el anuncio siempre pesó la sombra de lo ocurrido con BICEP2 en 2014, cuando se anunciaron la detección de ondas gravitacionales primigenias, fruto de la misma expansión inicial del Universo, para después salir a la luz que este anuncio había sido prematuro, y que se habían cometido incompresibles fallos de método y descuidos (como no tener el cuenta el polvo que se acumula en el plano galáctico) que invalidaban los resultados. Pero hay motivos para confiar en que este triste hecho no se repetirá. En primer lugar, la diferencia temporal entre las observaciones hechas en cada detector fue consistente con el tiempo de viaje de la luz entre los dos detectores. Además, las señales de Hanford y Livingston encontraron un patrón similar, además de ser en ambos lo suficientemente potentes como para destacar del 'ruido de fondo'. Esto equivaldría a poder entender una conversación por encima del murmullo general en una sala grande y concurrida. Los datos se monitorizan a tiempo real, por lo que si existe un problema en uno de los detectores se descartan automáticamente los resultados, y se han realizado diversas pruebas independientes para confirmar la detección 

En definitiva hoy es un día para la historia. Durante toda nuestra existencia como especie inteligente hemos "visto" el Universo y nos hemos adentrado en el a través de su luz, del espectro electromagnético que nos llegaba desde todas direcciones. El 14 de septiembre de 2015 ,a las 11:51 (hora europea de verano), eso cambió para siempre. Fue el momento en que lo "escuchamos" por primera vez. Su "música", la sinfonía de la realidad misma, está ya con nosotros. Un nuevo tipo de astronomía acaba de nacer. 

El sonido del Universo, fruto del choque de dos colosos que hizo resonar el mismo tejido del espacio-tiempo, presentado por la argentina Gaby Gonzalez, doctora en física que ejerce de portavoz para el LIGO desde 2011.

El momento en que las ondas gravitacionales alcanzaron los dos detectores de LIGO. Separados por 3000 Kilómetros, pudieron confirmar la distorsión del espacio al detectarlo en momentos temporales diferentes, el instante, ínfimo pero medible para ellos, que tardaron estas olas en ir de uno a otro.

Concepto básico de las ondas gravitacionales: Cualquier objeto masivo distorsiona el espacio tiempo, lo que nosotros percibimos como "gravedad", y si se mueve a grandes velocidades, generan ondulaciones que se expanden en todas direcciones, como una piedra tirada en un estanque.

Estas ondas expanden y comprimen el espacio, haciendo que la distancia entre dos puntos pueda variar de forma sutil. Es el sistema que utiliza LIGO y otros observatorios.

Pero incluso con la tecnología más avanzada, detectarlas no es sencillo. En el caso de LIGO, son sus túneles de 4 Kilómetros de longitud, detectarlas equivale a determinar si un túnel o palo de 1.000.000.000.000.000.000.000de  metros se ha encogido o extendido 5mm. Por otra parte, es difícil separar el efecto de las ondas del efecto que pueden causar otras fuerzas a nivel local. Por ello la existencia de 2 detectores independientes, separados por 3.000 Kilómetros, es vital en su tarea de validad tales ondas.

Y los gigantes chocaron y el Universo se estremeció.

Las ondas gravitacionales explicadas para principiantes 

Gravitational Waves Detected 100 Years After Einstein's Prediction

3 comentarios:

Anónimo dijo...

Hola,

Gracias por tu explicación de que són las Ondas Gravitacionales. Lo que me parece increible es que podamos medir algo tan sutil. Pero, despues de lo que paso la vez anterior, supongo que esta vez se habran asegurado bien antes de hacer el anuncio.

Tampoco entiendo muy bien como podran usarlas para explorar el universo. Supongo que lo que haran sera escuchar, a ver si detectan más y en función de lo que detecten suponer que es lo que las ha causado?

En fin, una buena noticia que nos acerca un poquito más a entender el universo.

Saludos,

AST

Tokaidin dijo...

Siguiendo con el símil del sonido, imagina por un momento el mundo que te rodea y en toda la información que recibes no por los ojos, sino de los ruidos, que te permiten saber, por ejemplo, que una moto muy ruidosa está pasando por la calle de al lado, una tormenta que se aproxima, aunque en este momento no puedas verla por estar rodeado de altos edificios. O Saber que viene un coche antes de cruzar la calle sin haberlo visto antes.

Pues algo así, salvando las distancias, representa ser capaces de captar las ondas gravitacionales. "Ver" el Universo de una forma que va más allá de las ondas electromagnéticas, de la luz en toda sus formas.

Anónimo dijo...

OK. Gracias por la explicación!
AST