Ondas gravitacionales

Científicos españoles en busca del secreto de la gravedad

Varios investigadores intentan dar caza a las esquivas ondas gravitacionales, básicas para comprender los inicios del universo.

Ilustración de la sonda LISA Pathfinder.

Ilustración de la sonda LISA Pathfinder. ESA

Dentro de un mes, en la madrugada del 2 de diciembre, un cohete Vega despegará desde el Centro Espacial de la Guayana Francesa llevando a sus espaldas la misión LISA Pathfinder, el primer intento europeo para tratar de desentrañar uno de los mayores misterios del espacio: las ondas gravitatorias.

Estas ondas, descritas por primera vez por Albert Einstein, forman la base de su célebre teoría de la relatividad general, que el año próximo cumple un siglo. Desde los años 60, los científicos tratan de encontrar la forma de detectarlas, pero el problema es que son demasiado débiles.

A mediados de los 90, se propuso la construcción de LISA, siglas en inglés de Antena Espacial de Interferometría Láser, capaz de medir estas ondas. Pero, dada la exigencia de la misión y lo delicado de los instrumentos, desde la ESA decidieron mandar antes al espacio una demostración de la tecnología en la que estará basada la misión LISA. De ahí viene la misión Pathfinder, que tras diez años de trabajo surcará finalmente los cielos en pocas semanas.

Además de la participación de España a través del Institut de Ciències de l'Espai (IEEC-CSIC), la ESA seleccionó como director del proyecto a César García Marirrodriga, quien dice a EL ESPAÑOL que la misión "allanará el camino para futuros observatorios espaciales de ondas gravitacionales mediante experimentos llevados a cabo con una instrumentación totalmente novedosa".

Uno de los científicos participantes en la misión ha sido Carlos F. Sopuerta, del IEEC. "Siempre que una misión es espacial es porque normalmente no se puede hacer desde la Tierra", dice Sopuerta, refiriéndose a la búsqueda de ondas gravitatorias de baja frecuencia, precisamente las que tratan de detectar.

La nave de la misión, lista para el lanzamiento.

La nave de la misión, lista para el lanzamiento. ESA

¿Por qué es tan difícil detectar estas ondas cuando es evidente que la gravedad existe? Como explica Sopuerta, en física se han estudiado las fuerzas fundamentales y la gravedad es la más débil. "De hecho tú nunca ves la gravedad entre dos vasos o dos pelotas, lo que no ocurre con la fuerza electromagnética o las que unen los núcleos atómicos", comenta. "Pero nos hemos dado cuenta de que los eventos más espectaculares en el cosmos, como la colisión de dos agujeros negros, son tan energéticos que pueden producir ondas gravitatorias que con la tecnología actual se pueden detectar", dice el investigador.

La misión del Pionero

El Pathfinder, que en inglés quiere decir "pionero", consiste en una especie de hexágono de tres metros de largo por dos de ancho. Dentro, entre otros instrumentos, lleva dos cargas de prueba, separadas a una distancia de 38 centímetros, y soltarlas en caída libre.

Es decir, el objetivo de la misión no es el de detectar ondas gravitacionales. "Para eso, las dos cargas deberían estar a un millón de kilómetros de distancia, ¡no a 38 centímetros!", dice García Marirrodriga, bajo cuyo liderazgo tratarán de "comprobar la tecnología innovadora necesaria para suprimir influencias externas sobre dos 'masas de prueba' en caída libre, y medir su movimiento relativo con una precisión sin precedentes, es decir más de 100 veces mejor que cualquiera otra misión pasada, presente o en desarrollo". "Es un paso necesario para comprobar que la tecnología está disponible", señala.

Si lanzamos dos piedras desde la misma distancia en la Tierra, además de la gravedad que las acerca al suelo, existen otras muchas fuerzas en acción, como el viento, la densidad del aire o la rotación de la Tierra. De ahí la necesidad de irse a mitad del espacio, a lugares donde la gravedad del Sol y la de la Tierra casi se anulen mutuamente, para tratar de comprobar si, incluso ahí, la teoría de la relatividad de Einstein sigue siendo válida. Los investigadores españoles han aportado, además, un paquete de diagnósticos que permite discriminar efectos térmicos, magnéticos o de radiación cósmica, de los meramente gravitacionales.

Además de este intento europeo con marchamo español, existen otras misiones tratando de detectar estas ondas gravitacionales, por ejemplo el proyecto LIGO de la NASA, que, tras años de afinación tecnológica, en septiembre empezó con las observaciones científicas. "Ellos están tratando de detectar ondas de alta frecuencia, que son las únicas que se detectan desde la Tierra", señala Sopuerta. "Lo que me han dicho mis colegas del LIGO es que tienen una sensibilidad inicial muy superior a la esperada, se espera que antes de final de la década ellos sean los primeros en detectarlas de manera directa".

Ondas de alta y baja frecuencia

¿Por qué enviar entonces una misión como LISA, de más de 30 años de desarrollo, al espacio cuando pueden observarse desde la Tierra? Porque el tipo de ondas gravitacionales de baja frecuencia son las que pueden darnos claves sobre los orígenes del universo. Además, como dice Sopuerta, ya tenemos evidencias indirectas de que existen. "De hecho, el premio Nobel de 1993 se dio [a Russell Hulse y Joseph Taylor] por la detección de unos púlsares que indicaban la presencia de ondas gravitatorias".

Dado que la gravedad es una fuerza tan débil, si los científicos consiguen detectar las ondas que la provocan, accederían a información que prácticamente no ha sido corrompida en el recorrido entre el sitio en que se emitieron y al que nos llegan. "Esto nos puede permitir conocer más sobre las cosas más extremas del universo, como los agujeros negros, o incluso si se produjeron ondas gravitacionales en el universo primitivo, aquel que aún no hemos observado porque la luz en aquella época aún no viajaba libremente", añade el investigador del IEEC barcelonés.

Por último, existe otro objetivo detrás de la búsqueda de estas ondas. "Sabemos que la teoría de la relatividad general funciona bien dentro de lo que hemos observado, pero hay aspectos de la teoría, por ejemplo aquellos en los que la gravedad es muy fuerte, de los que de momento no tenemos pruebas", dice Sopuerta. "Esto nos serviría para hacer nuevas pruebas de la relatividad o incluso de nuevas teorías si la relatividad general se empezara a desmigar", concluye.

Cien años más tarde, a Einstein ya le queda menos para poder descansar en su tumba.