El 14 de septiembre de 2015 el espacio-tiempo se estremeció: dos agujeros negros se fusionaron en una galaxia situada a unos 1.300 millones de años luz de la Tierra. En esta ocasión el temblor cósmico desatado por ese violento acontecimiento no pasó desapercibido en la Tierra.
En Estados Unidos se agitaron dos detectores de ondas gravitacionales recién terminados, antes incluso de que comenzase su período oficial de observación. Con ello, el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (Ligo) consiguió la primera demostración directa de la existencia de ondas gravitacionales, cien años después de que Albert Einstein las predijera.
"Esta detección es el comienzo de una nueva era; la era de la astronomía de las ondas gravitacionales ya es una realidad", dijo ayer desde Washington la doctora argentina Gabriela González, portavoz del equipo Ligo y profesora de astrofísica en la universidad estatal de Luisiana.
"Es el comienzo de lo que muchos describen como la astronomía de las ondas gravitacionales", apunta uno de los fundadores del Ligo, el profesor Rainer Weiss, del Instituto de Tecnología de Massachusetts.
El director ejecutivo del laboratorio Ligo, David Reitze, dijo que "hemos tardado meses en ver que realmente eran las ondas gravitacionales. Pero lo que es verdaderamente emocionante es lo que viene después, abrimos una nueva ventana al Universo", añadió ,
Las ondas gravitacionales permitirán observar objetos masivos, como las explosiones de supernovas o la fusión de agujeros negros. Según Einstein, esas ondas se generan cuando las masas se aceleran, se propagan a la velocidad de la luz y comprimen y estiran el espacio-tiempo.
Con ayuda de un sistema de láser ultrasensible, Ligo escucha las vibraciones del Universo. Los láser están dispuestos en el interior de dos brazos de cuatro kilómetros de largo cada uno, dispuestos en forma de L.
Si una onda gravitacional pasa por el observatorio, la longitud de ambos brazos cambia mínimamente. "La fusión de los agujeros negros comprimieron y estiraron los brazos un máximo de dos attómetros, unas 1.000 veces menos que el diámetro del núcleo de un átomo de hidrógeno", explica el profesor Bruce Allen, director en el Instituto Max Planck de Física Gravitacional de Potsdam y Hannover, que participa en la investigación y donde por primera vez se percataron de la señal. Esta apareció claramente ante los monitores de los investigadores cuatro días antes de que Ligo comenzase oficialmente con la observación, cuando se acababan de terminar los preparativos técnicos. "Era el primer día en que los detectores funcionaban de forma uniformemente estable", contó el profesor Karsten Danzmann, también director en el Instituto Max Planck.
A pesar de la espectacularidad de esta primera comprobación directa, casi ningún investigador dudaba ya de la existencia de las ondas gravitacionales. Pero a los científicos les emociona las posibilidades de observación que se abre con este hallazgo. "No sólo hemos demostrado la existencia de ondas gravitacionales, sino un sistema doble de dos agujeros negros. ¡Dos descubrimientos de una vez!", celebra Allen.
"Los dobles agujeros negros sólo se pueden demostrar a partir de las ondas gravitacionales, ya que no emiten luz ni radiación electromagnética", agrega la profesora Alessandra Buonanno, directora de Física Gravitacional en el Max Planck.
Los investigadores analizaron en detalle la fusión del 14 de septiembre. "Los agujeros negros tenían 29 y 36 veces más la masa de nuestro Sol, respectivamente. Sin embargo, el agujero negro fusionado sólo tiene 62 masas solares", relata Allen.
Según la equivalencia entre masa y energía establecida por Einstein en su teoría de la relatividad, las tres masas restantes fueron irradiadas en forma de energía de ondas gravitacionales en menos de un cuarto de segundo. "¡Por un breve espacio de tiempo, este objeto fue el más energético de todo el Universo! Y sin embargo, permaneció totalmente oscuro", subraya Danzmann.
"Nada desvía las ondas gravitacionales. Con ellas podemos observar en detalle los objetos del cosmos más profundo", dice Weiss. "Una de las observaciones más emocionantes sería la de una supernova. Con ayuda de las ondas gravitacionales podríamos ver que es lo que realmente ocurre en el corazón de una explosión estelar de ese tipo".
¿Qué es una onda gravitacional? Es una ondulación ínfima del espacio-tiempo que se propaga en el Universo a la velocidad de la luz.
Estas ondas fueron presentadas conceptualmente hace 100 años por Albert Einstein, el célebre físico, como una consecuencia de su teoría de la relatividad general de 1915.
Einstein describe la gravitación como una deformación del espacio. Las masas, como el Sol por ejemplo, curvan el espacio. Un poco como cuando alguien se sube en una cama elástica.
Si las masas son pequeñas, la deformación es débil (un grano de uva en una cama elástica no la altera). Si las masas son grandes, la deformación es importante (una persona sobre una cama, deforma la tela elástica).
Si las masas se desplazan y tienen una aceleración, esas deformaciones se desplazan y se propagan a través del espacio, formando ondas gravitacionales.
Para ilustrar esas oscilaciones se emplea a menudo la imagen de las ondas que se propagan en la superficie de un lago cuando se arroja una piedra. Cuanto más lejos, la onda se va debilitando.
Las ondas gravitacionales que estamos buscando son las producidas por fenómenos astrofísicos violentos como la fusión de dos agujeros negros o la explosión de estrellas masivas.
Las otras son demasiado minúsculas como para que podamos observarlas. Pero nos rodean sin que seamos conscientes de ello y sin consecuencias para nosotros.
Al detectar de manera directa estas ondas gravitacionales se confirma una de las predicciones de Einstein. Es un hito para los físicos.
Además de los diversos medios electromagnéticos que permiten observar el cosmos actualmente, los astrofísicos dispondrán de una nueva herramienta para observar los fenómenos violentos en el Universo. La detección de esas ondas gravitacionales permitiría ver lo que pasa “en el interior” durante la fusión de dos agujeros negros, por ejemplo.
Los avances tecnológicos realizados para poner a punto los detectores de ondas podrían reflejarse en nuestra vida diaria.
¿Cómo está organizada la detección de las ondas gravitacionales? Albert Einstein era consciente de que sería muy difícil observar las ondas gravitacionales. Durante unos 50 años no ocurrió nada particular. Pero luego, en los años 1950, el físico estadounidense Joseph Weber se puso como objetivo encontrarlas y construyó los primeros detectores.
Entre tanto, se pusieron en evidencia pruebas indirectas de la existencia de las ondas gravitacionales.
En 1974, la observación de un púlsar —una estrella de neutrones que emite una radiación electromagnética intensa en una dirección dada, como un faro—, en órbita alrededor de otro astro, permitió deducir que esas ondas existían.
Russell Hulse y Joseph Taylor recibieron el Nobel de Física en 1993 por el descubrimiento de ese púlsar.
En los años 1990, Estados Unidos decidió construir el Ligo, un observatorio compuesto por dos instrumentos gigantes, que utilizan como fuente luminosa un láser infrarrojo. Uno de ellos está en Luisiana y el otro en el estado de Washington.
Francia e Italia hicieron lo mismo con Virgo, cerca de la ciudad de Pisa.
En 2007, Ligo y Virgo decidieron trabajar juntos, intercambiando datos en tiempo real y analizando los resultados conjuntamente.
En los últimos años los instrumentos de Ligp fueron sometidos a importantes modificaciones que lo mantuvieron inactivo.
El detector “avanzado” Ligo volvió a funcionar en septiembre de 2015. Y fue el 14 de septiembre que detectó la onda gravitacional GW150914.
Virgo también fue sometido a ese mismo tipo de transformaciones pero sigue parado y no volverá a entrar en servicio hasta dentro de seis meses.
