Una nueva señal confirma las ondas gravitacionales. El experimento LIGO de EE UU capta el "sonido" generado por la fusión de dos agujeros negros hace 1.400 millones de años.

Hace 1.400 millones de años, dos agujeros negros varias veces mayores que el Sol se acercaron tanto uno a otro que acabaron devorándose. La unión provocó un violentísimo estallido de energía en forma de ondas gravitacionales, curvas en el tejido del universo que avanzaron en todas direcciones como olas en un estanque. Mientras, en la Tierra, apenas estaban apareciendo las primeras formas de vida con reproducción sexual. Tuvieron que pasar casi 1.000 millones de años más para que hubiese animales similares a los que conocemos hoy y casi otros 400 hasta el primer pariente común entre chimpancés y humanos. Los últimos momentos antes de que aquellas ondas llegasen a la Tierra abarcan toda la historia del ser humano, incluida la primera vez que Einstein razonó que dos agujeros negros deberían producir estas ondas y el esfuerzo consiguiente, muchas décadas después, para construir una de las mayores instalaciones científicas del mundo capaz de captarlas por primera vez.

Por fin, el 26 de diciembre de 2015, un día después de Navidad, el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO), en EE UU, captó el eco producido por esos dos agujeros negros. Es la segunda vez que este experimento detecta ondas gravitacionales producidas por una fusión de dos agujeros negros y, aunque la segunda vez que pasa algo no es noticia, en esta ocasión sí lo es.

Esta nueva detección, que se anuncia hoy en una conferencia de prensa en San Diego (EEUU) y que se describe en un estudio publicado en Physical Review Letters, supone una confirmación de la Teoría de la Relatividad General en unos rangos de energía inalcanzables hasta ahora. Además confirma que la primera detección de LIGO no fue una casualidad y que este experimento se ha convertido ya en el primer observatorio capaz de “escuchar” el sonido de los fenómenos más violentos del universo, lo que nos da un nuevo sentido para percibir el cosmos.

La fusión observada corresponde a dos agujeros negros, uno 14 veces con más masa que el Sol y el otro ocho. Juntos formaron un solo agujero de 21 masas solares que está a 1.400 millones de años luz. En el momento de fundirse despidieron en un segundo toda la energía que alberga una estrella como el Sol. “La potencia máxima de este evento equivale a toda la luz del universo observable y su liberación creó esas ondulaciones que curvaron el universo”, explica Alicia Sintes, física de la Universidad de las Islas Baleares y líder del único grupo español que colabora en LIGO. El proyecto aúna unos 1.000 científicos de 15 países.

Esta fusión ha sido de menor intensidad que la primera, algo perfecto para los científicos, pues así los dos agujeros tardaron más en unirse. Esto ha permitido estudiar el fenómeno en mayor detalle, en concreto las últimas 27 órbitas de ambos objetos antes de la gran colisión.

“A partir de ahora ya somos capaces de observar fenómenos que hasta ahora no se conocían”, explica Sintes. “De hecho hasta ahora solo teníamos evidencias indirectas de la existencia de agujeros negros, a través de los rayos X”, resalta. Nada, ni siquiera la luz, puede escapar a estos monstruos del cosmos, pero sí es posible escuchar las vibraciones que producen, perfectamente descritas por la relatividad, y conocer sus propiedades a través de ellas.

Detectar este tipo de fenómenos es un inmenso reto tecnológico. Las ondas pierden fuerza a medida que viajan por el universo y, al llegar a la Tierra, son casi imperceptibles, un problema que llevó al propio Einstein a decir que nunca se conseguiría demostrar su existencia. Para hacerse una idea, la nueva fusión produjo una perturbación en el espacio-tiempo tan ínfima que solo desvió los láseres de LIGO una distancia menor que la milésima parte del diámetro de un protón.

“Es una nueva era de la astronomía y de la física que se abre”, celebra Luis Álvarez-Gaumé, físico teórico y cosmólogo que trabaja en el laboratorio europeo de física de partículas CERN. “Vamos a aprender en detalle la dinámica de agujeros negros y estrellas de neutrones a base de medir estas fusiones directamente, y así verificar las ecuaciones de Einstein en regímenes donde todavía no habían sido verificadas”, destaca este científico, que no forma parte del equipo de LIGO. Lo más importante, dice, es que este tipo de instrumentos pueden por fin demostrar que hay fenómenos que se escapan a las leyes relativistas descubiertas por Einstein hace un siglo, lo que supondría un hallazgo capaz de hacer sombra al del genio alemán.

¿UNA TERCERA SEÑAL?
LIGO puede haber captado una tercera señal de ondas gravitacionales, pero aún no está confirmada y posiblemente no puedan lograrlo, según explicó Fulvio Ricci, científico de Virgo, durante la rueda de prensa de hoy. El experimento está actualmente parado para mejoras y volverá a funcionar en otoño. A finales de año se le sumará Virgo, el gran detector de ondas gravitacionales europeo. A partir de entonces se espera captar fusiones de forma periódica e ir construyendo un mapa de la ubicación y frecuencia de estos fenómenos y otros incluso más difíciles de captar, como la fusión de dos estrellas de neutrones.

Durante la rueda de prensa de hoy, uno de los responsables de LIGO dijo que se espera que en una década haya hasta cinco observatorios de ondas gravitacionales funcionando en todo el mundo, lo que permitirá tener una resolución mucho mayor. Además de Virgo y LIGO, se espera que antes de 2024 comiencen a funcionar el Kagra, en Japón, y un clon del LIGO en India. "La era de la astronomía de ondas gravitacionales ha empezado", ha señalado David Reitze.

http://elpais.com/elpais/2016/06/15/ciencia/1466002634_401491.html

¿Qué son las ondas gravitacionales?. Siete preguntas y respuestas para entender el descubrimiento de hoy mediante el instrumento LIGO.

Las ondas gravitacionales son vibraciones en el espacio-tiempo, el material del que está hecho el universo. En 1916, Albert Einstein reconoció que, según su Teoría General de la Relatividad, los cuerpos más violentos del cosmos liberan parte de su masa en forma de energía a través de estas ondas. El físico alemán pensó que no sería posible detectarlas debido a que se originan demasiado lejos y serían imperceptibles al llegar a la Tierra. Hoy, un grupo de investigadores ha hecho pública la detección por primera vez de estas ondas.

¿Cómo se comportan las ondas gravitacionales?
Son comparables a las ondas que se mueven en la superficie de un estanque o el sonido en el aire. Las ondas gravitacionales deforman el tiempo y el espacio y, en teoría, viajan a la velocidad de la luz. Su paso puede modificar la distancia entre planetas, aunque de forma muy leve. Como explica Kip Thorne, uno de los pioneros en la búsqueda de estas ondas, estos efectos deben ser especialmente intensos en las proximidades de la fuente, donde se producen "tormentas salvajes" que deforman el espacio y aceleran y desaceleran el tiempo.

¿Se pueden escuchar estas ondas?
Las frecuencias de algunas ondas coinciden con las del sonido, por lo que pueden traducirse para ser escuchadas en forma de leves pitidos.

¿De dónde vienen?
Las explosiones estelares en supernovas, las parejas de estrellas de neutrones y otros eventos producen ondas gravitacionales que tienen más energía que billones y billones de bombas atómicas. La fusión de dos agujeros negros supermasivos es la fuente más potente de estas ondas que puede haber, pero estos fenómenos no son muy frecuentes y además suceden a millones de años luz del Sistema Solar. Para cuando las ondas llegan a nuestro vecindario son tan débiles que detectarlas supone uno de los mayores retos tecnológicos a los que se ha enfrentado la humanidad.

¿Por qué son importantes?
Abren una nueva era en el conocimiento del universo. Hasta ahora toda la información que tenemos del cosmos (solo conocemos el 5%) es por la luz en sus diferentes longitudes de onda: visible, infrarroja, ondas de radio, rayos X… Las ondas gravitacionales nos dan un sentido más y permiten saber qué está pasando allí donde hasta ahora no veíamos nada, por ejemplo, en un agujero negro.

La intensidad y la frecuencia de las ondas permitirá reconstruir qué sucedió en el punto de origen, si las causó una estrella o un agujero negro, qué propiedades tienen esos cuerpos y entender mejor esas tempestades en el espacio-tiempo de las que habla Thorne. También permiten saber si la Teoría General de la Relatividad se mantiene vigente en los rangos de presión y gravedad más intensos que pueden concebirse. Detectar estas ondas por primera vez es un hallazgo histórico que probablemente reciba un premio Nobel de Física.

¿Qué se ha observado?
El anuncio consiste en que el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO), en EE UU, ha captado las ondas producidas por la fusión de dos agujeros negros. Sería la primera vez que se captan ondas gravitacionales y esto sucede justo un siglo después de que Einstein predijera su existencia. Hasta ahora solo había pruebas indirectas de estas ondas. En 1978, Rusell Hulse y Joseph Taylor demostraron que un púlsar binario (dos estrellas orbitando juntas, una de ellas un púlsar) estaban cambiando ligeramente su órbita debido a la liberación de energía en forma de ondas gravitacionales en una cantidad idéntica a la que predecía la relatividad. Ambos ganaron el Nobel de Física en 1993. En 2003 se confirmó que lo mismo sucede con otra pareja estelar, en este caso de dos púlsares.

¿Qué es LIGO?
Es un gran instrumento óptico de precisión desarrollado por los institutos tecnológicos de California (Caltech) y Massachusetts, (MIT) y la Colaboración Científica LIGO, en la que participan unos 1.000 investigadores de 15 países, incluida España. La instalación consta de dos detectores láser con forma de L. Cada brazo de esa L tiene cuatro kilómetros y hay dos detectores idénticos, uno en Luisiana y otro a 3.000 kilómetros en el estado de Washington.

Estos detectores llevan buscando ondas gravitacionales desde el año 2002. En septiembre de 2015 comenzó a funcionar el LIGO avanzado, una versión mejorada del detector que multiplica por 10 la sensibilidad de los brazos láser y por tanto la distancia a la que pueden captar ondas gravitacionales. En la actualidad son capaces de identificar diferencias en la longitud de los brazos láser equivalentes a una diezmilésima parte del diámetro de un átomo, la medición más precisa jamás lograda por un instrumento científico, según LIGO.

Se necesitan al menos dos detectores para evitar falsos positivos causados por cualquier vibración local como terremotos, tráfico o fluctuaciones del propio láser. Al contrario que todos ellos, una onda gravitacional causará una perturbación exactamente igual en Luisiana que en Washington.

¿Qué pasará a partir de ahora?
La búsqueda de ondas gravitatorias no ha hecho más que empezar. Con la configuración actual, LIGO puede ver a una distancia de unos 1.000 millones de años luz de la Tierra. El equipo va a hacer nuevas mejoras tecnológicas para aumentar su sensibilidad. En otoño de 2016 se espera que comience a funcionar una versión mejorada de VIRGO, el detector europeo que debería captar señales idénticas a LIGO. La Agencia Espacial Europea ya prepara LISA, un observatorio espacial de ondas gravitacionales. A su vez, LIGO alcanzará su máxima potencia en 2020.

http://elpais.com/elpais/2016/02/10/ciencia/1455124978_980574.html y
http://elpais.com/elpais/2016/02/11/ciencia/1455201194_750459.html