Miércoles, 01 Noviembre 2017 10:28

Alfonso Larqué

“Las ondas gravitacionales, una revolución en el universo del conocimiento”

*Octavio José Obregón Díaz

Miembro del Comité de Ciencias Físicas, Químicas y Matemáticas Comité de Física, Química y Matemáticas



Rainer Weiss, Barry C. Barish, y Kip S. Thorne fueron los científicos galardonados con el Premio Nobel de Física 2017. A través del portal oficial del Premio Nobel, el pasado martes 3 de octubre se publicó que el prestigioso Premio fue otorgado a estos investigadores por la Real Academia de Ciencias de Suecia en reconocimiento a sus significativas contribuciones al detector LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) y la observación de ondas gravitacionales, un proyecto colaborativo con más de mil investigadores que después de cuatro décadas de trabajo, tuvo éxito.

En entrevista con el Consejo Consultivo de Ciencias (CCC), el Dr. Octavio Obregón, profesor de la División de Ciencias e Ingenierías del Departamento de Física de la Universidad de Guanajuato y miembro del CCC, explica qué son las ondas gravitacionales, cómo fue posible detectarlas y qué significa este descubrimiento para el campo de la astrofísica.

El Dr. Obregón señala que la existencia de las ondas gravitacionales fue predicha por Albert Einstein hace cien años en su Teoría General de la Relatividad, en la cual postula que el espacio y el tiempo no son factores independientes, sino que conforman un solo elemento denominado espacio-tiempo. Según una explicación más detallada de esta teoría, publicada por el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), “Einstein supuso que la gravedad está íntimamente relacionada al espacio y al tiempo. Propuso que el nexo de unión era la geometría: lo que ocurre es que, en presencia de una masa, el espacio-tiempo se "deforma", de modo que cualquier otra masa nota ese espacio deformado, y se ve obligada a modificar su trayectoria.1

De acuerdo con el comunicado de prensa emitido por la página oficial del Premio Nobel, las ondas gravitacionales se generan cuando una masa se acelera, “como cuando un patinador hace piruetas sobre hielo o un par de agujeros negros giran uno alrededor del otro 2”. El investigador de la Universidad de Guanajuato explica que, al producirse una onda gravitacional, el espacio puede expandirse o comprimirse, sin embargo, estos cambios son 10,000 veces más pequeños que un protón (partícula con carga eléctrica positiva que se encuentra dentro del núcleo de un átomo), por lo que el mismo Einstein estaba convencido de que nunca sería posible medirlos.

En 2015, fueron captadas por primera vez las ondas gravitacionales a través del detector LIGO bajo el proyecto dirigido por los científicos Rainer Weiss, Barry C. Barish y Kip S. Thorne. Estas ondas surgieron a partir de la colisión de dos agujeros negros de aproximadamente 30 masas solares, dando lugar a un sólo agujero negro de 62 masas solares, que ocurrió hace 1.3 mil millones de años. La energía emitida en ondas gravitaciones fue de aproximadamente tres masas solares, pero… ¿cómo fue posible detectarlas?

El Dr. Obregón explica que el detector está diseñado en forma de L (ele). A la intersección entre ambos brazos se le denomina interferómetro, este interferómetro emite luz hacia los extremos de cada uno de los brazos del detector. Cada brazo tiene una longitud de cuatro kilómetros y sus extremos cuentan con un espejo que tiene la función de rebotar la luz emitida por el interferómetro, asimismo, el Dr. Obregón señala que “si ambos brazos tienen la misma longitud, la luz rebotará de los extremos hacia el centro al mismo tiempo”.

Si al producirse las ondas gravitacionales, el espacio se comprime o se expande, la longitud de los brazos del detector se va a acortar o se alarga, por lo que la interacción de la luz del interferómetro se ve alterada. Es decir, “las ondas gravitacionales interaccionan con la materia comprimiendo los objetos en una dirección y estirándolos en la dirección perpendicular. Por tanto, los más modernos detectores de ondas gravitacionales con forma de L, miden las longitudes relativas de sus brazos por medio de la interferometría, que observa los patrones de interferencia producidos al combinar dos fuentes de luz. En estos patrones de luz se percibe el cambio relativo de longitud entre los dos brazos, que a su vez nos informa sobre lo que produjo las ondas gravitacionales”3.

De acuerdo con el sitio web de LIGO Sientific Collaboration, los minúsculos cambios en la longitud de los brazos de LIGO pueden ser causados por diversos factores terrestres. Estas señales terrestres se consideran ruido. “En lenguaje científico se define el ruido como aquella señal espuria que el detector registra de forma no deseada. Sin embargo, la altísima sensibilidad de LIGO permite medir el cambio en la longitud de sus brazos causado específicamente por ondas gravitacionales” 4.

El Dr. Obregón comenta que la ventana que se ha abierto para las observaciones en astrofísica es enorme, y seguirá dándonos valiosa información. Una de las observaciones más recientes, por el detector LIGO en colaboración con el detector VIRGO, en Europa, fue la detección de ondas gravitacionales provenientes de la colisión de dos estrellas de neutrones.

Por otro lado, el Dr. Obregón señala que LIGO ha realizado muchas mejoras sobre el diseño del interferómetro para minimizar los efectos en el detector a causa de las señales terrestres y menciona que “la detección de las ondas gravitacionales no solamente ofrece una nueva perspectiva para entender el universo y poner a prueba el conocimiento universal en materia de astrofísica, sino también, abre un nuevo campo de estudio para la ciencia. Las ondas gravitacionales son una revolución en el universo del conocimiento”.



Referencias

1. IAC, I. d. (s.f.). Gravitación según Einstein. Recuperado el 19 de octubre de 2017, de http://www.iac.es/cosmoeduca/gravedad/temas/g1general.htm

2. The official website of the Nobel Prize. (3 de octubre de 2017). Nobelprize.org. Recuperado el 18 de octubre de 2017, de Press Release: The Nobel Prize in Physics 2017: https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2017/press.html

3. LIGO Scientific Collaboration. (s.f.). Recuperado el 23 de octubre de 2017, de INTRODUCCIÓN A LIGO Y A LAS ONDAS GRAVITACIONALES. UN INTERFERÓMETRO: http://www.ligo.org/sp/science/GW-IFO.php

4. LIGO Scientific Collaboration. (s.f.). Recuperado el 23 de octubre de 2017, de INTRODUCCIÓN A LIGO Y A LAS ONDAS GRAVITACIONALES. DETECCIÓN DE ONDAS GRAVITACIONALES: http://www.ligo.org/sp/science/GWDetecting.php



Profesor de la División de Ciencias e Ingenierías del Departamento de Física de la Universidad de Guanajuato, Miembro del Consejo Consultivo de Ciencias

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