Ondas gravitacionales, el reto más importante de la física de la próxima década

¿Qué sucedió durante los primeros instantes del Universo? Hasta el momento, la ciencia ha sido capaz de viajar en el tiempo hasta 300.000 años después de que el Big Bang tuviera lugar. El reto ahora es retrotraernos hasta el principio de los tiempos, y así conocer qué ocurrió segundos después de la gran explosión. Para hacerlo, necesitamos demostrar una predicción realizada por Einstein hace un siglo, que propone la existencia de las ondas gravitacionales.

Según Alicia Sintes, profesora titular de física teórica de la Universitat de les Illes Baleares y colaboradora española en el proyecto LIGO, "la gravitación no es una fuerza más, sino una consecuencia de la deformación del espacio-tiempo producida por la presencia de materia y energía". En otras palabras, "vivimos en un espacio-tiempo curvado, por lo que cualquier objeto acelerado produce perturbaciones en forma de ondas gravitacionales".

Nuestros oídos al Universo

La predicción realizada por Albert Einstein fue una de las consecuencias más importantes de la teoría general de la relatividad, aunque el físico creía que sería muy difícil detectar las ondas gravitacionales. El motivo es que la gravedad es la más débil de las cuatro interacciones fundamentales, por lo que los también conocidos como "susurros cósmicos" son muy pequeños e interactúan débilmente con la materia.

Como explica Sintes a Hipertextual, "la única posibilidad de detectar las ondas gravitacionales es que procedan de un evento con mayor amplitud", ya que no somos capaces de percibir ni aquellas que vengan del Sol. La tecnología disponible en la actualidad permite "escuchar" las ondas gravitacionales que se originan a partir de los movimientos a la velocidad de la luz o en eventos catastróficos como explosiones de supernovas o el mismísimo Big Bang.

Las ondas gravitacionales también han sido descritas como "los ecos de los primeros instantes del Universo". Según afirma Sintes, "esta radiación nos permite contar con oídos para conocer la historia del cosmos". Al igual que ocurre en la realidad, los seres humanos utilizamos los cinco sentidos para percibir lo que sucede a nuestro alrededor. En astrofísica, los científicos habían podido utilizar hasta el momento la radiación electromagnética para "ver" el Universo. A partir de ahora contaremos con un segundo sentido -el del oído- en forma de ondas gravitacionales.

LIGO, el gran detector

En 1973, se obtuvo la primera evidencia indirecta de que la predicción de Einstein era correcta. La observación de una pareja cósmica formada por una estrella de neutrones y un púlsar (estrella de neutrones que emite luz mientras gira) fue la primera pista para confirmar la existencia de las ondas gravitacionales. "Se dieron cuenta de que el sistema perdía energía e iba orbitando cada vez más rápido, y las mediciones posteriores cuadraban con la hipótesis de las ondas gravitacionales", explica Alicia Sintes. Por este descubrimiento, Russell A. Hulse y Joseph H. Taylor recibieron el Premio Nobel de Física en 1993.

El gran reto que tiene ahora la investigación es detectar de forma directa la existencia de ondas gravitacionales. Conseguirlo supondría no sólo confirmar la predicción realizada por Einstein, sino también "abrir una nueva ventana al conocimiento", sostiene la científica de la UIB.

Para lograrlo, necesitamos potentes detectores que sean capaces de "escuchar susurros cósmicos muy tenues" para la tecnología actual. Pensemos que, hablando en términos físicos, una onda gravitacional intensa produciría en la Tierra desplazamientos de 10^-18 metros, es decir, una distancia mil veces más pequeña que el diámetro que tiene un protón. Su eco no es sólo minúsculo, sino que las ondas gravitacionales que podemos percibir suceden a años luz de la Tierra.El detector LIGO, que cuenta con colaboración española, arrancará en septiembre de 2015

En otras palabras, buscar ondas gravitacionales supone escuchar ecos muy suaves producto de sistemas masivos sometidos a grandes aceleraciones, como la fusión de dos agujeros negros o el propio Big Bang. Por estos motivos, la construcción de detectores terrestres que sean capaces de oír estos "susurros cósmicos" se antoja como un desafío tecnológico clave para la física del siglo XXI.

El proyecto Advanced LIGO es, sin duda, uno de los retos más importantes de la ciencia de 2015. La iniciativa Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, impulsada por el MIT y Caltech, cuenta con la colaboración de grupos como el de Alicia Sintes. La puesta en marcha de esta segunda generación de detectores -la primera tuvo lugar en la década de los noventa- contará con una sensibilidad a la banda de frecuencia entre 10 Hz y 10kHz.

En septiembre de 2015, los observatorios de Advanced LIGO, situados en Hanford (Washington) y Livingston (Louisiana), unirán sus fuerzas al trabajo desarrollado por los proyectos de VIRGO (Italia) y GEO600 (Alemania). La segunda generación de detectores, que arrancará a finales de este año, alcanzará su sensibilidad de diseño entre 2016 y 2020. Pero la innovación tecnológica no se detiene, y en Japón también trabajan para que la iniciativa KAGRA, primer observatorio de ondas gravitacionales subterráneo y criogénico, sea pronto una realidad.

Una ventana al conocimiento

Según Alicia Sintes, "el arranque de LIGO no aportará en un primer momento datos significativos". El detector funcionará desde mediados de septiembre hasta diciembre, y en 2016 volverá a estar operativo durante medio año. El objetivo es ir recabando datos, al mismo tiempo que se completa la instalación de instrumentos más precisos. Ésta es la razón por la que la sensibilidad de diseño no se alcanzará hasta 2020.Las ondas gravitacionales permitirían confirmar la inflación cósmica

La información ofrecida por Advanced LIGO complementará los datos obtenidos en el futuro por misiones espaciales como ELISA (que podría ser lanzada en 2034). La científica de la UIB piensa que el trabajo de LIGO permitirá confirmar la existencia de las ondas gravitacionales, lo que nos ayudará a saber qué ocurrió durante los primeros instantes del Universo.

"En 2020, contaremos con una sensibilidad de detección diez veces superior a la de 2010, por lo que el volumen del Universo que podremos conocer será mil veces mayor", sostiene Sintes. Los resultados de Advanced LIGO también ayudarán a superar cualquier rastro de sospecha sobre la existencia de las ondas gravitacionales, tras la desilusión de las conclusiones de BICEP-2.

Los resultados del equipo de John Kovac presentaban unos errores de cálculo, dado que las señales eran en realidad polvo galáctico. A pesar de este varapalo científico, detectores como Advanced LIGO nos permitirán tener evidencias directas de la radiación gravitacional. Un siglo después de la predición de Einstein, la física afronta ahora uno de sus desafíos más importantes.

Recomendados