Tel 2017 El premio Nobel de física fue otorgado por la confirmación de una predicción hecha 101 años antes. En 1916, Albert Einstein, cuyas teorías de la relatividad especial y general revolucionaron la comprensión científica de la física a escala de estrellas y galaxias, predijo que, en determinadas circunstancias, la estructura del universo debería tambalearse y flexionarse.
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Los culpables son las ondas gravitacionales, que son a la gravedad como las ondas de radio o la luz visible son al electromagnetismo. En 2015, las ondas gravitacionales se observaron directamente por primera vez. LIGO, un observatorio estadounidense con sede en el estado de Washington, en el noroeste de ese país, y Luisiana en el sureste, detectó ondas producidas por un par de agujeros negros en colisión, cada uno con una masa de unas 30 veces la del sol. Eso produjo ondas en el espacio-tiempo con una frecuencia de alrededor de 150Hz, o ciclos por segundo, y una longitud de onda de unos 2.000 km.
Esta detección marcó el comienzo de la era de la astronomía de ondas gravitacionales, que usa la gravedad para examinar el universo de la misma manera que la astronomía convencional usa la radiación electromagnética, desde la luz visible hasta las ondas de radio y los rayos gamma. El 29 de junio, cuatro colaboraciones lideradas por investigadores en América, Australia, China y Europa afirmaron haber impulsado el estado de ese arte emergente. Anunciaron la detección tentativa de nuevas ondas gravitacionales de frecuencia ultra baja que podrían ofrecer información sobre algunas de las partes del universo más difíciles de estudiar.
La mayoría de los detectores de ondas gravitacionales son interferómetros. Estos funcionan dividiendo un haz de luz en dos y enviando cada mitad por uno de un par de brazos largos y perpendiculares. Al final de los brazos, los pulsos de luz se reflejan hacia la fuente, donde se recombinan. Si ese viaje no se interrumpe, los rayos que regresan se cancelarán entre sí cuando se vuelvan a unir. Si no lo hacen, eso sugiere que alguna perturbación, a veces un mero temblor sísmico, pero ocasionalmente una onda gravitatoria pasajera, los ha perturbado en su viaje.
Cazadores de caza mayor
La búsqueda de ondas gravitacionales requiere grandes instrumentos. LIGOLos brazos de tienen 4 km de largo; los de Virgo, un instrumento europeo, abarcan 3 km. Y cuanto menor sea la frecuencia de las ondas que desea detectar, mayor será el alcance. Ondas con una frecuencia alrededor de 1Hz, por ejemplo, requiere detectores más grandes que la propia Tierra. Por eso la Agencia Espacial Europea está construyendo una nave espacial llamada LISA, que volará a fines de la década de 2030. Utilizará un sistema de láseres y espejos espaciales para crear “brazos” de 2,5 millones de kilómetros de largo.
Pero el último resultado se refiere a ondas con frecuencias en el rango de los nanohercios, miles de millones de veces más bajas aún. Para detectarlos, los astrónomos deben confiar en los pulsos de luz creados por la Madre Naturaleza, específicamente, por los púlsares. Estas son estrellas colapsadas que giran y emiten destellos de luz con regularidad metronómica. Si una onda gravitacional que pasa distorsiona una región del espacio-tiempo entre el púlsar y la Tierra, algunos pulsos llegarían antes o después de lo esperado. Los grupos de monitoreo de púlsares pueden crear, en efecto, interferómetros con brazos de tamaño interestelar.
Y ahora se han detectado distorsiones de frecuencia ultra baja. Hacerlo no fue fácil. Se requirió mucha paciencia, ya que los resultados de los diversos observatorios se fueron filtrando a lo largo de los años. Algunos de los datos incluidos en la investigación de esta semana se recopilaron hace más de 25 años.
Ninguna de las colaboraciones cree tener suficiente evidencia para un descubrimiento concluyente por el momento. Los físicos miden la importancia de un resultado usando un término estadístico llamado sigma. Una puntuación de 5, el estándar de oro, indica una probabilidad de aproximadamente 1 en 3,5 millones de que lo que parece un resultado sea, en cambio, el producto del azar. Individualmente, las cuatro detecciones tienen valores sigma entre 2 y 4,6. Pero la combinación de sus datos podría llevarlos por encima de la marca de 5 sigma en un año. “No tengo ninguna duda de que es solo cuestión de tiempo”, dice Vivien Raymond, astrofísica de la Universidad de Cardiff, que no participó en el trabajo.
La fuente más probable de las ondas, dice Alberto Sesana de la Universidad de Milano Bicocca, son pares de agujeros negros supermasivos, cada uno con una masa millones de veces la del sol. Se encuentran más comúnmente en los centros de las galaxias y se cree que se emparejan cuando esas galaxias chocan y se fusionan. Durante miles de millones de años, se predice que tales emparejamientos serán frecuentes, produciendo un “zumbido” gravitacional de fondo en el cielo. Aún así, dice el Dr. Sesana, “esta sería la primera prueba observacional de que los binarios de agujeros negros supermasivos realmente ocurren en la naturaleza”.
Hay otra posibilidad, mucho menos probable pero mucho más emocionante. Es casi concebible que la nueva señal podría ser el primer vistazo de la historia más antigua del universo, cuando un fenómeno conocido como inflación, en el que el tamaño del universo aumentó brevemente rápidamente, habría hecho sonar el espacio-tiempo.
Si eso es realmente lo que se ha detectado, es difícil pensar en una demostración más dramática del poder de la astronomía gravitacional. Debido a que era tan caliente y denso, se cree que el universo fue opaco a la radiación electromagnética durante los primeros 380.000 años de su existencia. Eso significa que ningún telescopio estándar (todos los cuales dependen de la detección de luz de varias longitudes de onda) puede detectar rastros de nada que haya sucedido antes. Ese no es un límite al que están sujetos los telescopios gravitacionales. Mira este espacio. O el espacio-tiempo. ■
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