De la manzana de Newton a LIGO: Ondas Gravitacionales

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LA GRAVEDAD

Desde nuestros primeros acercamientos a la física en la educación básica, seguramente uno de los recuerdos más icónicos que tenemos es el de la historia de la manzana de Newton; a quien un día, sentado bajo un árbol, le cayó una manzana sobre la cabeza y producto de eso tuvo la maravillosa ‘idea’ de la fuerza de gravedad.

En realidad no fue su idea, pues no la inventó, esta siempre estuvo presente; más bien la descubrió, fue consciente de ella y nos permitió acceder a mucho de lo que sabemos ahora.

Y entonces, ¿Qué es exactamente la gravedad? Bueno, en palabras simples, esta es una fuerza de atracción sin contacto entre los cuerpos. Imagínalo de esta manera: estás en una cama elástica con otra persona que ‘masa’ más que tú (porque, ojo, no ‘pesamos’) y ambos se acuestan a distintos lados de ella. Si el espacio entre ustedes es suficientemente pequeño, sentirás como eres atraído hacia esa persona, como esa persona es más masiva, su campo es mayor y termina por atraerte, y como tú también creas un ‘campo de atracción’ con tu propia masa, también ejercerás una atracción (aunque no tan notoria) hacia él que te mantendrá a cierta distancia. Si esa persona tuviese, por ejemplo, canicas en sus bolsillos, probablemente estas sí se verían claramente afectadas por tu “gravedad”.

Volvamos a lo que nos convoca.

EINSTEIN Y LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD GENERAL

Más adelante en la línea del tiempo, en 1915, Albert Einstein publicaría la Teoría de la Relatividad General (“The Theory Of General Relativity’’), que luego, como consecuencia, predeciría la existencia de las ondas gravitacionales.

ONDAS GRAVITACIONALES

Según la teoría de Einstein, estas corresponderían a un cambio oscilatorio en el campo gravitatorio que se propaga a la velocidad de la luz. En efecto, los cuerpos celestes producen distorsiones en el espacio-tiempo al interactuar entre ellos; estas son las “ondas gravitacionales”. De ellas, las más potentes se generan debido a procesos violentos y muy energéticos en el universo (como colisiones de agujeros negros, supernovas, estrellas de neutrones y estrellas binarias de gran tamaño).

El gran problema para detectar estos fenómenos era, básicamente, que los cuerpos que podrían producir ondas gravitacionales potentes al interactuar se encontraban muy lejos y los cuerpos más cercanos producían ondas muy débiles, por lo que el instrumento para detectarlas debía ser extremadamente preciso y sensible.

EL PREMIO NOBEL DE LA FÍSICA EN 2017 Y LIGO

Durante alrededor de 100 años fueron solo eso: una predicción. No se le había prestado mayor atención al estudio de ondas gravitacionales por el mismo motivo. No fue hasta el año 2015 cuando, por fin, un grupo de científicos fue capaz de detectar y confirmar la existencia de las ondas gravitacionales a través de un interferómetro láser: LIGO.

Además de abrir una nueva rama de estudio de la física, la detección hecha gracias a LIGO tuvo tanto impacto que, en 2017, sus mayores contribuidores recibieron el premio Nobel de la Física.

Galardonados del premio nobel de la física en el año 2017. De izquierda a derecha: Rainer Weiss, Kip Throne y Barry Barish.

En realidad, LIGO terminó de construirse en 1999 y entró en funcionamiento en el año 2002. Sin embargo, no tuvo éxito detectando ondas gravitacionales, por lo que a partir de 2010 fue rediseñado, permitiéndole una sensibilidad 10 veces mayor a la que tenía en un principio para el año 2015. Así fue como, el 14 de septiembre de dicho año, se efectuó la primera detección de ondas gravitacionales producida por la colisión y fusión de dos agujeros negros que se encontraban a más de mil millones de años luz de distancia. Bastante lejos ¿verdad?

Señales de ondas gravitacionales detectadas por LIGO el 14 de Septiembre de 2015.

OBSERVACIONES RECIENTES

Una de las observaciones más recientes hechas por la red de LIGO-Virgo fue detectada en Enero de 2020. Esta vez fueron dos observaciones de ondas producidas por binarias, una colisión entre una estrella de neutrones y un agujero negro (NSBH). Esto representa un hito realmente importante para la astronomía, puesto que corresponden a las primeras observaciones confiables hasta la fecha de los binarios NSBH a través de cualquier medio de observación, lo que confirmaría la existencia de este tipo de colisiones. Anteriormente las observaciones hechas por LIGO habían sido fusiones entre agujeros negros o entre estrellas de neutrones, pero jamás entre ambos cuerpos.

Fusión de un agujero negro y una estrella de neutrones.

La observación de ondas gravitacionales ha sido un gran aporte a la física y la astronomía, ¿qué otras sorpresas nos traerá a futuro?

¿Sabes lo que es un interferómetro? LIGO no es un único centro; en realidad, se compone de dos estructuras en forma de L que conjuntamente actúan como si fuesen una sola para observar. Te lo explico próximamente. 🙂

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