Astrofísica

Einstein tenía razón: detectamos ondas gravitacionales

Ha pasado un siglo desde que el genio alemán predijo su existencia. Ahora las hemos escuchado.

El choque de dos agujeros negros provocaron las ondas gravitacionales detectadas.

El choque de dos agujeros negros provocaron las ondas gravitacionales detectadas.

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Durante cien años muchos científicos han tratado de detectar las ondas gravitacionales, esas esquivas señales del cosmos que describió Albert Einstein. Pero este jueves, por fin, los científicos del Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO, por sus siglas en inglés) han anunciado que las han detectado, de forma directa y por primera vez, dando la razón, una vez más, al genial físico alemán.

Los portavoces del experimento confirmaron un hallazgo que, muy probablemente, se llevará el Premio Nobel de Física. "Damas y caballeros, hemos detectado las ondas gravitacionales, lo hemos conseguido", afirmó el director de LIGO, David Reitze, durante la rueda de prensa en la que se anunció el hito.

Desde España, la astrofísica Alicia Sintes, investigadora de la Universidad de las Islas Baleares y miembro de la colaboración de LIGO, aseguro a EL ESPAÑOL que están "muy emocionados" y que "el nivel de adrenalina es muy alto, porque es un momento histórico". Para esta investigadora, este descubrimiento da comienzo a "una nueva era en la astronomía, la era de la astronomía de ondas gravitacionales".

La importancia del anuncio realizado por la colaboración LIGO no sólo radica en la confirmación de la teoría de Einstein, "una de las asignaturas pendientes de la relatividad general", explica Sintes. También ofrece una nueva forma de estudiar el universo. "Antes solo veíamos el cosmos, ahora también podemos escuchar los susurros que nos envía", explica Sintes.

Cronología de los esfuerzos por detectar las ondas gravitacionales.

Cronología de los esfuerzos por detectar las ondas gravitacionales.

¿Qué son las ondas gravitacionales?

Las ondas gravitacionales quedan descritas en la teoría de la relatividad general de Einstein, según la cual la presencia de una gran masa en un punto del espacio, como un planeta o una estrella, provoca una curvatura en el espacio-tiempo a su alrededor; la atracción observada entre los objetos se debe a ésta.

Esto se puede entender mediante un sencillo ejemplo. Supongamos que colocamos una bola pesada en una cama elástica. La bola juega el papel de un planeta y la cama elástica, el espacio-tiempo. Debido al peso de la bola, la cama se hundirá formando una curvatura. Si se colocan otras bolas en distintos lugares de la cama; debido a la deformación causada por la primera bola, las demás tenderán a caer hacia ella.

De la misma forma, si movemos de forma acelerada una de las bolas se producirán pequeñas ondulaciones en la cama elástica (el espacio-tiempo), y son precisamente esas ondulaciones lo que hoy conocemos como ondas gravitacionales. La gravedad, como la luz, viaja en forma de ondas, pero en este caso es el espacio-tiempo el que se ondula. 

Así se han detectado

Su detección ha supuesto todo un reto científico de dimensiones épicas. En esta ocasión se ha llegado a la conclusión de que las ondas gravitacionales detectadas se produjeron justo en el último momento de la fusión de dos agujeros negros en otro masivo. Basándose en las señales observadas, los científicos de LIGO estiman que los agujeros negros de este evento poseían una masa equivalente a 29 y 36 veces la del Sol, y que la fusión tuvo lugar hace 1,3 millones de años.

Estas ondas gravitacionales se detectaron el 14 de septiembre de 2015 a las 10:51, hora peninsular española, en los observatorios LIGO idénticos que se encuentran en Livingston, Louisiana, y Hanford, Washington (EEUU). El detector en Livingston grabó el evento 7 milisegundos antes que el detector en Hanford.

Observatorios en Livingston, Luisiana y Hartford, Washington.

Observatorios en Livingston, Luisiana y Hartford, Washington.

Los observatorios LIGO funcionan cada uno mediante dos interferómetros láser colocados en forma de L. Ambos brazos miden exactamente 4 kilómetros. "Las ondas gravitacionales distorsionan el espacio-tiempo, es decir, modifican la distancia entre objetos y eso es lo que medimos", explica Sintes, de forma que, "cuando una onda llega a la Tierra, la longitud de un brazo del interferómetro cambia de forma distinta al otro". Pero el cambio es muy, muy pequeño.

La gravedad es una fuerza muy débil, con lo que las ondas gravitacionales son extremadamente pequeñas y son necesarias masas extraordinariamente grandes y muy aceleradas, como las de un sistema binario formado por dos agujeros negros, para que se generen ondas que podamos detectar.

El instrumental que se ha utilizado es muy bueno, muy preciso, porque estamos muy al límite

Aún así, una onda gravitacional muy fuerte sólo es capaz de producir un desplazamiento minúsculo, del orden de la milésima parte de un protón, y por eso su detección es un reto tecnológico tan grande. "El instrumental que se ha utilizado es muy bueno, muy preciso, porque estamos muy al límite", explica Sintes. Tanto, que estos observatorios son capaces de medir deslazamientos menores que la diezmilésima del diámetro de un protón (10 elevado a -19 metros).

Aún queda un largo camino

Pese a la importancia del descubrimiento, los investigadores creen que aún queda mucho por estudiar sobre este fenómeno. Gabriela González, portavoz del experimento, explicó durante la rueda de prensa en la que se anunció el descubrimiento que la fuente de estas ondas gravitacionales no ha podido ser localizada. "No podemos saber dónde está exactamente la fuente porque solamente disponemos de dos detectores".

Para Rafael Rebolo, director del Instituto Astrofísico de Canarias, "es una pena" que no se haya identificado la fuente, pero considera que "el registro de la medida es espectacular" y que lo que se ha conseguido es "fantástico, ya que todo indica que comienza una nueva era de detecciones".

David Reitze, director de LIGO, explica el hallazgo.

David Reitze, director de LIGO, explica el hallazgo.

Aún así, las simulaciones realizadas por el equipo de LIGO indican que las ondas proceden de la fusión de dos agujeros negros que se produjo hace aproximadamente unos 1.300 millones de años. Los investigadores indicaron que los dos agujeros negros eran muy masivos, con masas hasta 30 veces mayores que la del Sol y que se fundieron en uno liberando una energía equivalente a tres masas solares en forma de ondas gravitacionales.

Rebolo considera que esta hipótesis es "bastante robusta" de acuerdo con los datos y que, de confirmarse, "esto quiere decir que también habrá otros eventos, como la fusión de estrellas de neutrones o las explosiones de supernovas, que probablemente tendrán una contrapartida óptica, con lo que tendremos una mejor perspectiva de lo que ocurre en la naturaleza".

La detección directa 

Hasta ahora, y desde que Einstein las predijo hace un siglo, se consideraba de forma indirecta que las ondas gravitacionales existían. ¿Por qué es tan importante su detección directa? "Su descubrimiento es como si a una persona que ha sido ciega desde su nacimiento se la operara y pudiera ver", explica Carlos Barceló, investigador en el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA). "Los próximos años se tratará de ver cada vez mejor hasta poder tener una nueva y desconocida imagen del universo".

Inspección de uno de los ultraprecisos láseres de LIGO.

Inspección de uno de los ultraprecisos láseres de LIGO.

Gracias a este descubrimiento, podremos empezar a ver zonas oscuras del universo, descubrir cómo opera la gravedad en situaciones extremas, y si en éstas la gravedad sigue las reglas de la relatividad general o se desvía de ellas. Para el investigador del IAA, "habrá sin duda más sorpresas que confirmaciones".

El anuncio de este hallazgo no es más que el primer paso. "Siguiendo con la analogía del ciego, en un comienzo la física involucrada será como empezar a ver manchas de color y luz", dice Barceló. Más adelante, la retina se adaptará a la nueva situación y podremos ver el universo oscuro como nunca antes.