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La primera detección de ondas gravitacionales

LOS INVESTIGADORES DEL PROYECTO LIGO CONFIRMAN LA PRIMERA DETECCIÓN DE ONDAS GRAVITACIONALES.

Isaac Newton estableció la "ley de la Gravitación Universal" en 1686, según la cual la gravedad es el resultado de una fuerza de atracción inherente entre dos masas que actúa a distancia y de forma instantánea, esta ley explicó el movimiento de los planetas con gran precisión, y permitió predecir la presencia del planeta Neptuno, gracias a su influencia gravitatoria en la órbita de Urano.

Más de dos siglos después, Albert Einstein formuló su "Teoría de la Relatividad Especial" en 1905, según la cual no es posible la interacción a distancia instantánea entre dos cuerpos ya que cualquier influencia física debe propagarse a una velocidad igual o inferior a la velocidad de la luz. Como la ley de Newton no cumplía este requisito, Einstein dedicó los siguientes años a buscar una ley que pudiera explicar la gravedad sin contradecir su teoría especial, llegando a formular en 1915 su "Teoría de la Relatividad General", que sustituía a la ley de Newton explicando muchos efectos observados en el espacio que esta no explicaba, como las anomalías en la órbita e Mercurio y de otros planetas. Según la "Teoría de la Relatividad General" la atracción gravitatoria entre dos masas se debe a una curvatura del espacio-tiempo y no a las fuerzas a distancia instantáneas establecidas entre ellas, como afirmaba la "ley de la Gravitación Universal", además, la "Teoría de la Relatividad General" hacía numerosas predicciones, como el efecto de la gravedad en la curvatura de la luz, ya confirmado, o la existencia de las ondas gravitacionales.

Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo, su existencia fue demostrada en 1974 por Russell Hulse y Joseh Taylor Jr., obteniendo por ello el premio Nobel en 1993, un año antes, la National Science Foundation (NSF) de USA aprobó la construcción de los dos detectores gemelos LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) situados uno en Hanford (al este del estado de Washington) y otro en Livingston (estado de Louisina), los cuales fueron diseñados y operados por el Instituto de tecnología de California (Caltech) y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), con el propósito de detectar directamente las ondas gravitacionales.

(Izda) LIGO Hanford Observatory. Credit: Caltech/MIT/LIGO Lab.

(Dcha) LIGO Livingston Observatory. Credit: Caltech/MIT/LIGO Lab

Los dos detectores LIGO están construidos a una distancia aproximada de 3.000Km entre ellos, constan de dos brazos perpendiculares de 4 Km de longitud cada uno, en el centro se emite un rayo láser que se separa en dos rayos exactamente iguales y perpendiculares que rebotan 200 veces en espejos al final de cada brazo y en el centro, finalmente convergen en un detector central en el cual los rayos láser provenientes de cada brazo, se anulan mutuamente por interferometría. En el caso de que una onda gravitacional alcanzase el detector LIGO, uno de estos brazos (dependiendo de la dirección de la onda) sufriría un acortamiento y un alargamiento posterior, infinitesimales en tiempo y distancia, debido a la perturbación del propio espacio-tiempo producida por la onda gravitacional, y esto causaría que los dos rayos láser se desfasarían infinitesimalmente y no se anularían totalmente, lo que permitiría medir la perturbación del espacio causada por la onda gravitacional. 

Después de varias décadas de observación y de una mejora constante de la tecnología de los detectores LIGO, que actualmente permiten detectar una diferencia en longitud menor a una milésima del diámetro de un protón, los investigadores del proyecto han confirmado que han detectado por primera vez las ondas gravitacionales el 14 de septiembre de 2015, a las 09:51h (UTC), coincidiendo con el año del centenario de la publicación de la "Teoría de la Relatividad General". Finalmente, tras las estudios de análisis de las señales detectadas, han anunciado el descubrimientos en un artículo publicado en Physical Review Letters el 11 de febrero de 2016 (link al final del texto).

En este estudio han participado más de mil científicos de todo el mundo, incluyendo institutos de investigación y universidades de todo Estados Unidos y de otros 14 países, entre ellas, la Universitat de les Illes Balears de Palma de Mallorca (en el artículo publicado figura el profesor B.P.Abbott del Caltech y varios cientos de coautores, entre ellos, varios investigadores de esta universidad española).

Según han calculado los investigadores del proyecto LIGO, las ondas gravitacionales que han detectado proceden del final de la fusión de dos agujeros negros de 29 y 36 masas solares, para formar un agujero negro mayor hace 1.300 millones de años, y estiman que aproximadamente 3 masas solares se convirtieron el ondas gravitacionales en una fracción de segundo.

Credit: SXS

Según el profesor de física teórica Kip Thorne del Caltech, "con este descubrimiento los seres humanos se embarcan en una maravillosa nueva misión: la misión de explorar la parte deformada del Universo, los objetos y fenómenos que están hechos de espacio-tiempo deformado. Los agujeros negros en colisión y las ondas gravitacionales son los primeros".

La enorme importancia de este descubrimiento reside en que es una forma totalmente nueva de observar el Universo, que permitirá a los investigadores entender mejor su estructura y los fenómenos que suceden en él.

Redactado por Eduardo Adarve (10eduardo2@gmail.com)

Para ampliar la información:

“Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger” (https://journals.aps.org/prl/pdf/10.1103/PhysRevLett.116.061102)

LIGO Lab (https://www.ligo.caltech.edu/news/ligo20160211)

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