viernes, 12 de febrero de 2016

Se detectan directamente ondas gravitacionales

Responsables y colaboradores de LIGO han anunciado hoy la detección directa de ondas gravitacionales provenientes de agujeros negros en colisión. Esto abre una nueva ventana de observación al Cosmos.
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Fuente: MPI/Gravitational Physics/ITP Frankfurt/ZI Berlin.
Hoy a las 4:30 pm hora peninsular se ha anunciado la detección de ondas gravitacionales por parte de LIGO. Ya no es un rumor. Hoy es un día grande para la Física, un momento histórico.
Las ondas gravitacionales (OG) se desprenden de manera natural de la Relatividad General (RG). De la misma manera que una carga eléctrica acelerada emite ondas electromagnéticas, una masa acelerada produce ondas gravitacionales. Pero las ondas gravitacionales no son ondas que se transmitan dentro del espacio, como les pasa a las electromagnéticas, sino que son distorsiones del propio espacio en propagación.
Las ondas gravitacionales son muy débiles. Tan débiles que se necesitan fenómenos cataclísmicos relativamente cercanos para poder detectarlas directamente al límite de la tecnología actual. En este caso tal cataclismo ha sido la colisión de dos agujeros negros de 36 y 29 masas solares chocando a la mitad de la velocidad de la luz en el tramo final hasta formar sólo un agujero negro. La fusión creó un agujero negro de 62 masas solares, por lo tanto, se emitió el equivalente a 3 masas solares en forma de energía, gran parte en forma de OG. La potencia desprendida en forma de ondas gravitacionales fue equivalente a 50 veces la potencia total de todas las estrellas del universo visible juntas, según Kid Thorne.
El proceso en luz visible sería tal y como se muestra en esta simulación:

Y aquí hay una simulación de cómo sería la emisión de OG (verde) en este caso:

Las ondas se detectaron el 14 de septiembre de 2015 a las 5:51 am ET por ambos detectores LIGO. El evento se dio en dirección a la nube de Magallanes. No se puede precisar mejor el punto del cielo porque sólo dos detectores no son suficientes para triangular con precisión. Cuando entre en funcionamiento Advanced Virgo en Italia ya se tendrá esa precisión. Hace muchos años se propuso la construcción de uno de estos sistemas en España, pero la idea cayó en saco roto por falta de voluntad política.
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La colisión se dio hace unos mil trescientos millones de años y a una distancia equivalente a nosotros. El perfil observado encaja perfectamente dentro de lo predicho por la RG. La señal tiene una frecuencia inicial de 35 Hz y una final de 250 Hz. La han traducido a sonido para que se pudiera escuchar en la rueda de prensa que muchos hemos seguido en directo a través de Internet (es de suponer que el fichero esté listo en la web de LIGO pronto).
Los detalles es de esperar que estén en la serie de artículos que aparecerán en Physical Review Letters.
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Fuente: Colaboración LIGO.
Este tipo de eventos generan ondas gravitacionales que aquí vemos como una contracción de una fracción del tamaño de un protón sobre una escala de 1 km.
Uno de los métodos empleados para su detección es un sistema interferométrico, como lo que usa LIGO. Un haz láser recorre varias veces los dos brazos en forma de L de un interferómetro hasta que se le hace interferir consigo mismo. Si un frente de ondas gravitacionales pasa por el dispositivo alarga y contrae los brazos de tal modo que, aunque sea en una distancia minúscula, su efecto acumulado hace cambiar el patrón de interferencia. Hay dos de estas instalaciones de este tipo en EEUU , una en Louisiana y otra en el estado de Washington. Estos detectores ven un cambio en la longitud de sus brazos de hasta una diezmilésima parte del diámetro de un protón.
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Un operario trabajando en LIGO. Fuente: Caltech/MIT/LIGO Laboratory.
LIGO empezó a operar en 2001 y se paralizaron las observaciones en 2010 para actualizarlo. Se terminó la actualización del hardware de estos interferómetros hace unos meses y ha habido mucha suerte de que al poco tiempo llegaran los ecos de una colisión de agujeros negros de este calibre.
Reparemos lo que supone este logro intelectual. Estas ondas fueron predichas teóricamente, con lápiz y papel. Los humanos hemos tardado 100 años en detectarlas gracias a un esfuerzo colosal, tanto tecnológico como intelectual.
Se va a mejorar aún más la sensibilidad de LIGO, por lo que se podrán observar fenómenos más débiles o fenómenos más lejanos, con lo que supone de incremento en volumen a observar, como bien ha dicho Kid Thorne en la rueda de prensa.
La observación realizada ha permitido pesar los agujeros negros implicados en la colisión y saber cómo se movían antes de la misma. Pronto, esta nueva ventana de observación permitirá estudiar la física de los horizontes de sucesos con gran detalle. Gracias a esto podremos verificar las predicciones la RG, como confirmar que si las OG se mueven a la velocidad de la luz, el número de polarizaciones posibles y su tipo, etc. Quizás también se podrían ver posibles violaciones de la simetría de Lorentz en el sector gravitacional. Puede que también permitan guiarnos en la búsqueda de una teoría cuántica de gravedad.
Kid Thorne ha dicho que esta observación permite ya dar una cota superior tan pequeña a la masa del gravitón que parece que tiene masa nula. Esto se infiere de que la velocidad medida de las ondas es prácticamente igual a la de luz en el vacío.
Hasta ahora observábamos el Universo con ondas electromagnéticas (aunque también algo con neutrinos), como la gama infrarroja, visible, de radio o de rayos-X, así que la posibilidad de observar con OG nos abre una nueva ventana observacional al Cosmos.
Ya podemos ver el Universo de una manera totalmente nueva, con otros ojos, con otros oídos, detectando las arrugas del propio espacio que se propaga a la velocidad de la luz durante millones de años a raíz de gigantescos cataclismos.
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