Ondas gravitacionales: el sonido del Universo

Buenas tardes, amigos.

La noticia científica de ayer, y quizás una de las más importantes del siglo XXI, fue la confirmación de la existencia de las ondas gravitacionales, por parte de científicos americanos que trabajan en el proyecto LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory).

Las ondas gravitacionales, ondas producidas por todos los cuerpos masivos del Universo, fueron previstas por Albert Einstein hace 100 años, en su Teoría General de la Relatividad. Hasta ahora no se había confirmado su existencia de forma directa.

Newton pensaba que los cuerpos celestes se atraían por una fuerza instantánea dependiente de la masa y del cuadrado de la distancia (inversamente). La tierra giraba alrededor del sol atraída por una fuerza instantánea.

Einstein demostró y comprobó que la trayectoria de los rayos de la luz (sin masa) de las estrellas, era desviada por un cuerpo masivo como el Sol al pasar cerca de él y antes de su detección en la Tierra. Explicó el Universo como un campo que se deformaba por la presencia de galaxias, estrellas, planetas, satélites. Y teorizó sobre las ondas gravitacionales que viajaban por el Universo a la velocidad de la luz. No soñaba, ¿o sí?, que algún día se pudieran detectar.

Hasta ese momento sólo se conocían las ondas lumínicas, electromagnéticas, pero no las ondas gravitatorias.

¿Qué son las ondas gravitacionales?

Einstein describió el espacio como una inmensa malla elástica tridimensional, invisible que contenía en su seno todos los cuerpos celestes.

Para entenderlo, imaginamos una cama elástica, como si fuera el espacio que nos rodea, y ponemos sobre ella una bola grande (el sol), vemos que se hunde la misma. Pues bien, otra bola más pequeña (la Tierra), que ponemos a rodar, vemos que inevitablemente lo hará alrededor de la bola más pesada, girando. Finalmente la bola pequeña caería sobre la pesada si perdiera velocidad, como una bola cae al centro en una ruleta. Eso ocurre con nosotros y la Tierra -somos una bolita que ha caído en el hoyo de la malla del espacio que genera la enorme bola terrestre-, ocurre con todos los planetas que giran alrededor de estrellas, con estrellas que giran en galaxias en cuyo centro muy probablemente haya un agujero negro, con cúmulos de galaxias...

Pues bien, todas las "bolas" o cuerpos celestes se mueven, con mayor o menor velocidad por el tejido del espacio-tiempo y ese movimiento, lo mismo que un barco al moverse o una piedra que cae sobre el agua, genera ondas en la malla del espacio. Esa era la predicción del genio de Einstein hace 100 años. ¡Y los científicos todo este tiempo tratando de detectarlas!

Para un mejor entendimiento de lo que son las ondas gravitacionales os dejo este enlace.

Hasta ahora solo se habían hecho medidas indirectas de estas ondas gravitacionales, pero no se habían detectado directamente.Para estudiarlas era necesario usar una tecnología sofisticadísima, como la que se ha descrito en el link anterior y que en definitiva es la usada en el proyecto LIGO.

La detección de esas ondas, que son extraordinariamente débiles y quedan enmascaradas en multitud de ruidos de fondo, solo era posible si estaban generadas por un fenómeno cósmico catastrófico de enormes proporciones. Y ahí entra en juego la predicción que se hacía, por los científicos, de la fusión o **choque de dos agujeros negros,**entre los dos 62 veces la masa del Sol. Imaginaros.

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Pero contemos algo de los agujeros negros del espacio.

Los podemos definir como la fase final de la vida de una estrella, una estrella que agota su combustible (el hidrógeno básicamente) y "se muere" al colapsar sobre ella misma, como un balón deshinflado. Los átomos, la materia se condensa o comprime hasta una densidad inimaginable. Los agujeros negros, "no se ven". Son tan masivos (tienen masa equivalente a muchos soles), hunden tanto el tejido del espacio a su alrededor (como si cerraran la malla sobre ellos mismos) que no dejan escapar la luz y por tanto no los vemos o detectamos con nuestros radiotelescopios. ¡Pero ahora podemos escucharlos! En su movimiento, en el choque entre ellos para hacer un agujero negro mayor, se producen ondas gravitacionales que no se afectan por la deformación del tejido espacio-tiempo alrededor de dicho agujero negro. Las ondas gravitacionales sí escapan del agujero negro, no así la luz (ondas electromagnéticas). Por eso decimos que podemos "escucharlas", si recogemos en un "micrófono" adecuado dichas ondas, pero no verlas. El "micrófono" es el Interferómetro Laser de Ondas Gravitacionales de LIGO.

https://www.youtube.com/embed/TWqhUANNFXw

Los dos agujeros negros supermasivos, girando uno sobre otro, generando ondas gravitacionales, en el momento del choque y fusión, se preveía que iban a generar una liberación enorme de energía, con pérdida de su masa (aquí entra en juego la famosa fórmula de Einstein, E= mc2). Esa liberación de energía se debía traducir en enormes ondas gravitacionales -recordemos, deformaciones en el tejido del espacio tiempo- que, viajando a la velocidad de la luz, 300.000 Kms/ segundo, llegarían a la tierra y se podrían podrían detectar con la tecnología de LIGO. Ese agujero negro resultante de la fusión, estaba situado a una distancia enorme de nosotros, 1300 millones de años luz (así se miden las distancias del espacio). Es decir la luz a velocidad de 300.000 kilómetros cada segundo, podemos calcular los kilómetros recorridos en 1200 años: me salen "sólo" 11.000 billones de kilómetros, centímetro arriba o abajo.

Por tanto, si somos capaces de medir esas ondas que nos llegan, estaremos "escuchando" el ruído del choque de agujeros negros que se produjo hace 1.300 millones de años, que es el tiempo que han tardado las ondas gravitacionales en viajar hasta nosotros. Por tanto, si somos capaces de medir esas ondas que nos llegan, estaremos "escuchando" el ruído del choque de agujeros negros que se produjo hace 1.300 millones de años, que es el tiempo que han tardado las ondas gravitacionales en viajar hasta nosotros.

La fusión de esos dos agujeros negros se produjo cuando en la Tierra sólo existían formas de vida muy primitivas, como bacterias y arqueas, muy anteriores a la explosión del Cámbrico (600 millones de años) y, mira por dónde, unos seres con inteligencia, evolucionados de aquellas bacterias, están midiendo hoy las ondas o ruídos de entonces. De alguna forma estamos viajando al pasado escuchando el Universo. Como también vemos el pasado cuando, a través de radiotelescopios, miramos la luz (ondas electromágnéticas) de estrellas y galaxias emitida hace muchos años. Podemos estar "viendo" estrellas que ya no existen, que murieron hace millones, o miles de millones de años.

El equipo de científicos de LIGO, en realidad detectó las ondas gravitacionales de ese choque de agujeros negros el 15 de septiembre de 2015, pero han estado todo este tiempo revisando, investigando y asegurándose de que el "ruido" era efectivamente de esas ondas y no otras. Ayer, felizmente, pudieron confirmar que sí existen las ondas gravitacionales. El equipo de Ligo ha trabajado con más de 1000 científicos del mundo, de distintas universidades y organismos públicos y privados. Entre otros la Universitat de les Illes Balears. Por tanto, además de ratificar las predicciones del genio Einstein, se abre la puerta a una enorme cantidad de investigaciones sobre nuestro mundo, para conocer sus orígenes y composición, ya que no solo podemos "verlo" sino "escucharlo". Tenemos más sentidos para observarlo.

¿Qué se podrá investigar a partir de ahora?

Entre otras, la comprensión de los agujeros negros (cuerpos estelares tan masivos que su fuerza gravitacional impide que se escape cualquier radiación electromagnética (o luz para entendernos). Si somos capaces de detectar las ondas gravitacionales del agujero negro podremos estudiarlo mejor, de la misma forma que estudiamos las estrellas -su composición, historia y distancia- mediante la detección de ondas electromagnéticas (luz en todo el espectro) a través de radiotelescopios.

Quizás se pueda confirmar y detectar la llamada "materia oscura", que se supone representa el 23% del Universo pero no se conoce su composición. La materia "visible", de la que si se conoce su composición (estrellas, galaxias...) sólo representa ¡un 5%!. El resto, el 72%, se le llama "energía oscura". Y algunos os preguntaréis ¿cómo sabemos que existe algo, materia y energía oscura, que no podemos ver?: por métodos indirectos, deductivos. Se sale del objeto de este post pero sírvanos la explicación, al menos la que yo conozco, de que sólo se puede explicar con las leyes físicas conocidas el modelo cosmológico del Universo en expansión, desde el big bang, hace 13.800 millones de años, si el Universo contiene una masa mucho mayor que la detectable (5%), a la que se llama materia oscura (23%). De la energía oscura (72% restante) ya tendremos ocasión en el futuro de hablar...

También se podrá conocer mucho mejor el origen del Universo, el big bang, ese momento inicial, hace 13.800 millones de años, en el que por las especiales condiciones de ese universo primigenio, no se escapaba la radiación electromagnética al interferír con los átomos y partículas elementales extraordinariamente condensadas y calientes, hasta unos 300.000 años después del Big Bang. Sin embargo al confirmar la existencia de ondas gravitatorias, que sí pueden escapar de esa densidad de materia primigenia, podremos conocer, a través de la medición de las mismas, qué sucedió en esos momentos iniciales -es decir entre el momento 0 y 300.000 años- en los que el Universo estaba supercomprimido en una especie de enorme agujero negro y comenzó a expansionarse.

Toda ciencia, toda investigación científica, lleva aparejado un enorme despliegue de tecnología y de pequeños descubrimientos, que provocan en cascada el avance y las mejoras de nuestra sociedad. Así ha sido siempre: la curiosidad del ser humano para tratar de explicarse un suceso determinado, ha desencadenado otros conocimientos prácticos para la vida.

La emoción y el suspense en la comunidad científica, ayer estuvo al máximo, fue algo muy "hollywoodiense" y no terminaba de gustarme ese aspecto, porque creo más en la prudencia. Pero comprendo la emoción inevitable del momento, al confirmarse los resultados después de tantísimos años de investigación.

Aún así tengo que reconocer que me gusta más la labor callada y humilde del científico que publica los resultados cuando los tiene y no genera tanta expectación. Lo que es compatible con mantener informada a la sociedad de los proyectos en los que se está investigando, entre otras cosas para contar con el apoyo de la misma y la financiación necesaria por parte de las instituciones públicas y privadas..

Esperemos que no se deshinche como un globo esta crónica de una bomba científica anunciada y confirmada. La ciencia siempre está abierta, a la revisión y al cambio de dirección o incluso de paradigma, si en algún momento se comprueba que los cálculos eran erróneos, o se encuentra alguna excepción que hace que la ley física no se cumpla.

A diferencia de los dogmas, la ciencia siempre está dispuesta a la revisión y a retractarse. La actitud del científico debe ser la de un escéptico humilde, dispuesto a revisar constantemente sus ensayos y a poner en cuestión todo.

Por ello nunca diremos que se ha encontrado la explicación definitiva del todo, pues, entre otras cosas nuestro cerebro evolucionado tiene una limitada capacidad de comprensión, si bien mucho se ha avanzado en el conocimiento del Universo gracias a genios como Copérnico, Newton, Einstein y muchos más hasta el presente.

Imagen: Werner Benger