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Las ondas gravitacionales son ondas en la curvatura del espacio-tiempo que se propagan a través del espacio. Son ondas transversales que viajan a la velocidad de la luz y son emitidas por violentas colisiones que ocurren en el Universo.
Cuando hablamos de gravedad, inmediatamente recordamos la escena legendaria de la manzana cayendo frente a Isaac Newton. Aunque no hay evidencia de que esta escena sucediera realmente, algunos autores citan que Newton habría observado la caída de la manzana y observado la Luna, intuyendo que tanto el movimiento de la fruta como nuestro satélite natural estarían bajo la acción de la misma fuerza: la Fuerza gravitacional.
El científico inglés tenía razón. La gravedad no solo atrae cuerpos en la superficie de la Tierra, sino que es una gran influencia en el movimiento de las estrellas en el Universo.
Sin embargo, Isaac Newton ignoró algunos problemas relacionados con la gravitación. ¿Cómo se transmite la fuerza de gravedad de un cuerpo a otro? Según Newton, actuaría instantáneamente a distancia, es decir, por alguna razón desconocida y sin ningún medio conductor, la gravedad actúa sobre los objetos en el momento exacto en que se colocan en presencia de otro cuerpo con masa. Por ejemplo, si la luna desapareciera repentinamente, las mareas saldrían inmediatamente donde estaba anteriormente alta.
Albert Einstein dedicó especial atención a estos temas ignorados por Newton. En su Teoría de la Relatividad General, Einstein concluyó que el espacio y el tiempo están íntimamente relacionados y, por tanto, la fuerza gravitacional debe pensarse en 4 dimensiones: las tres dimensiones del espacio (altura, ancho y profundidad) y el tiempo.
Aunque es difícil imaginar estas 4 dimensiones simultáneamente, podemos hacer una analogía con una bola de boliche en un trampolín. Al colocar una canica en el trampolín, esta bola más pequeña se aceleraría hasta golpear la bola más grande, tal como lo haría con un meteoro cerca de un planeta.
A partir de la idea de espacio-tiempo, Einstein utilizó el concepto de campo gravitacional. Mientras Newton imaginaba una fuerza que actuaba sobre dos objetos cercanos, Einstein pensó en un campo gravitacional. Es decir, una región donde, si se coloca una probeta, estará bajo la influencia de la gravedad.
En 1974 se descubrió un púlsar binario que perdió energía más rápido de lo previsto. Los científicos creen que esta pérdida de energía adicional se debe a ondas gravitacionales generado por el sistema. Un púlsar es un tipo de estrella que al final de su vida se transforma en una estrella de neutrones y emite grandes cantidades de radiación. Un púlsar binario es un sistema de dos púlsares que se orbitan entre sí.
Para comprender cómo se forman estas ondas gravitacionales, imagine que la manzana que observó Newton cayó en un lago tranquilo. Seguramente esto produciría olas que se propagarían a las costas. Sin embargo, estas ondas durarían poco tiempo y casi nadie atribuiría su origen a la caída de la manzana. Ahora piense en un niño que ató dos manzanas para jugar, cada una en un extremo de la línea. En nuestro experimento mental, el niño sostiene la línea en el medio y comienza a hacer girar las manzanas tocando la superficie del agua. El juego produciría olas constantemente, y cualquier observador más cercano notaría tanto las ondas como su origen: las manzanas arremolinándose en la superficie del lago.
De manera similar, el púlsar binario perturba el espacio-tiempo que lo rodea como las manzanas perturban el líquido. Las ondas gravitacionales producidas, aunque extremadamente débiles, podrían de alguna manera ser detectadas por un astrónomo con el equipo adecuado.
En la práctica, es extremadamente difícil detectar directamente la presencia de ondas gravitacionales porque el estiramiento y la compresión del espacio-tiempo es muy pequeño.
Las ondas gravitacionales primordiales son las que dieron como resultado el origen del Universo, como se explica en la Teoría del Big Bang.
Fusión de dos agujeros negros y propagación de ondas gravitacionales
Ondas gravitacionales y Einstein
Fue Albert Einstein (1879-1955) quien sugirió la existencia de ondas gravitacionales en la Teoría de la Relatividad General.
En 1915, Einstein había llegado a la conclusión de que la gravedad era una deformación del espacio-tiempo.
El físico desarrolló la base teórica, pero no pudo probar la existencia de ondas gravitacionales. Solo 100 años después, la comunidad científica celebró la captura de las olas.
Premio Nobel de Física 2017
Los investigadores Rainer Weiss (MIT), Barry Barish y Kip Thorne (Caltech) fueron galardonados, el 3 de octubre de 2017, con el Premio Nobel de Física. Detectaron ondas gravitacionales por primera vez en septiembre de 2015.
Fue el reconocimiento a un trabajo que empezó a finales de los sesenta.
Los científicos creen que capturar ondas gravitacionales nos permitirá observar el universo de una manera nueva, proporcionando una comprensión más amplia del mundo que nos rodea.
Rainer Weiss, Kip Thorne y Barry Barish, ganadores del Premio Nobel de Física 2017
Detección de olas en 2015
Las ondas gravitacionales se detectaron por primera vez en los Estados Unidos el 14 de septiembre de 2015 exactamente a las 06:50:45 (GMT).
¿Como paso?
Surgieron de la colisión de agujeros negros con 36 y 29 masas solares (36 Msol y 29 Msol respectivamente) y ocurrieron a una distancia de 1.300 millones de años luz.
A medida que los agujeros negros pierden energía, se acercan, lo que los hace girar más rápido.
Este movimiento continuo, uno alrededor del otro, hace que colisionen, lo que da como resultado ondas gravitacionales.
El anuncio de la detección de olas lo hizo David Reitze, director del proyecto, pocos meses después, en febrero de 2016.
En ese mismo año, en junio de 2016, se volvieron a detectar ondas gravitacionales.
Esta vez, los agujeros negros tenían respectivamente 14 y 8 veces la masa del Sol (14 Msol y 8 Msol) y ocurrieron a una distancia de 1.400 millones de años luz.
Escuche aquí el sonido de las ondas gravitacionales:
LIGO – Observatorio de ondas gravitacionales
La verificación fue posible gracias al Ligo – Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser).
En el proyecto, se instalaron dos interferómetros en los Estados Unidos, a unos 3000 kilómetros de distancia: uno en Livingston, Louisiana, y otro en Hanford, Washington.
El sistema consta de dos brazos perpendiculares de 4 kilómetros de largo. También cuenta con dispositivos que eliminan el ruido de diferentes fuentes de ondas, como los choques sísmicos.
El interferómetro consta de una fuente de luz (láser), un espejo al final de cada brazo, un espejo que divide el haz de luz en dos y un fotodetector.
El funcionamiento de LIGO se remonta a 2002. Entre 2010 y 2015, su funcionamiento fue interrumpido por un proceso de actualización, que parece haber resultado, considerando que el gran logro científico se produjo ese año.
LIGO – Detector en Livingston, Louisiana
Detectores en todo el mundo
Además de los detectores existentes en los Estados Unidos, hay una docena más distribuidos en 9 países.
En Brasil, contamos con el Detector de Ondas Gravitacionales Mário Schenberg del Instituto de Física de la USP. El inicio de su construcción data del año 2000 y es el resultado de un proyecto denominado Graviton.
El proyecto cuenta con investigadores del INPE (Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales), Cefetsp (Centro Federal de Educación Tecnológica de São Paulo), ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica) y Uniban (Universidad Bandeirante).
Viaje en el tiempo
La prueba de las olas fue, sin duda, un momento único para los científicos de este siglo. Esto allanó el camino para nuevos estudios en astronomía gravitacional.
Quizás, esta prueba podría hacer posible viajar en el tiempo, como en la película «De vuelta para el futuro«.
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