Hace 3.000 millones de años, mucho antes de que la vida multicelular existiera en nuestro planeta, dos agujeros negros se fusionaron provocando una violenta explosión. La colisión generó unos "ecos" muy tenues que se desplazaron por el cosmos, tal y como ocurre cuando lanzamos una piedra a un estanque y observamos las ondas que se producen en el agua. Un equipo internacional de científicos ha logrado detectar por tercera vez ondas gravitacionales, los "ecos" formados después de que los agujeros negros se devorasen el uno al otro, gracias al Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO).
"Sentimos una gran satisfacción", cuenta a Hipertextual la Dra. Alicia Sintes, jefa del único grupo español que participa en la colaboración de Advanced LIGO. El observatorio ha conseguido detectar por tercera vez ondas gravitacionales, un descubrimiento que demuestra su potencial para "escuchar" fenómenos violentos y desconocidos que suceden en el cosmos. Sus resultados, publicados hoy en la revista Physical Review Letters, ofrecen información novedosa sobre el "lado oscuro" del universo. "Nos confirman que existe una población de agujeros negros desconocida hasta ahora", explica al otro lado del teléfono la profesora titular de Física Teórica en la Universitat de les Illes Balears.
Albert Einstein vuelve a tener razón
La tercera onda gravitacional, denominada GW170104, fue hallada por Advanced LIGO el pasado 4 de enero de 2017. "Fue justo después de Navidad, como ocurrió la primera vez que detectamos ondas gravitacionales. Apagamos el detector y cuando se volvió a poner en marcha se escuchó la señal, lo que prueba que hay que apagar y encender LIGO para encontrar ondas gravitacionales", bromea Sintes. Tal y como sucedió con las dos primeras señales, GW170104 procede de la colisión de dos agujeros negros. El agujero resultante de la fusión, según explican los investigadores, cuenta con una masa 49 veces superior a la del Sol, en otras palabras, tiene 49 masas solares.
Las ondas gravitacionales han permitido confirmar que existen poblaciones de agujeros negros con masas superiores a las conocidas hasta ahora por los estudios de rayos X realizados. La tercera señal muestra que el agujero negro formado tras la colisión "tiene una masa intermedia respecto a las dos detecciones anteriores", en palabras de Sintes. La primera y la segunda onda gravitacional fueron generadas tras la colisión de agujeros negros de 62 y 21 masas solares, respectivamente. "Hemos podido confirmar la existencia de agujeros negros con masas veinte veces superiores a la del Sol, unos objetos que desconocíamos antes de que LIGO los detectara", sostiene el Dr. David Shoemaker. El científico del MIT es el nuevo portavoz del observatorio, sustituyendo a la Dra. Gabriela González, la argentina que fue reconocida entre los diez mejores científicos del año 2016.
La fusión de los agujeros negros se produjo a 3.000 millones de años luz, generando la onda gravitacional más distante localizada hasta la fecha por Advanced LIGO. "Al estar más lejos, la señal es más débil; pero nuestros cálculos demuestran que se trata de un evento astrofísico real", comenta Sintes, que destaca la extraordinaria sensibilidad de los instrumentos de LIGO. Según explica a Hipertextual, la puesta en marcha del observatorio ha permitido tener mayor sensibilidad a baja frecuencia, de ahí que los investigadores hayan sido capaces de "escuchar" la colisión de tres sistemas de agujeros negros diferentes en los últimos meses. El equipo español se ha encargado de desarrollar buena parte de los perfiles de onda utilizados para determinar los parámetros físicos de las fuentes que producen las señales. El trabajo realizado desde las Islas Baleares ofrece "modelos mucho más sofisticados, precisos y rápidos", según Sintes, ya que los científicos necesitan "calcular millones de ellos de forma muy, muy rápida".
La señal se generó al doble de la distancia de las ondas gravitacionales que se habían observado hasta ahora. Esta lejanía ha permitido a los investigadores comprobar un nuevo postulado de la teoría de la relatividad general que desarrolló Albert Einstein, quien también propuso por primera vez la existencia de ondas gravitacionales. El premio Nobel de Física señaló hace más de un siglo que el efecto de dispersión no puede ocurrir con las ondas gravitacionales. "Si la luz se hace pasar por un prisma, sabemos que sale formando el arcoiris, es decir, la luz puede dispersarse al atravesar un medio. Como la señal está más lejos, hemos visto que en toda la distancia que ha recorrido, la onda gravitacional no se ha dispersado", explica Sintes a Hipertextual. Su resultado demuestra que, al menos a esta distancia de 3.000 millones de años luz, no se evidencia que haya dispersión de las señales, lo que apoya las tesis de Albert Einstein.
LIGO continuará operando hasta finales de verano; posteriormente, el detector será apagado para realizar mejoras en sus instalaciones. El objetivo de los científicos es que su sensibilidad se incremente a partir de 2018, cuando arrancará el tercer período de observación. "Hay que realizar más mejoras, nuestra idea es que podamos observar la fusión de estrellas de neutrones, con masas más pequeñas", dice Sintes. En el universo, fenómenos violentos y desconocidos como el Big Bang, los estallidos de rayos gamma, la explosión de supernovas o la colisión de agujeros negros generan ondas gravitacionales, "ecos" muy tenues que pueden ser escuchados gracias a la sofisticada tecnología que presenta Advanced LIGO.
Más luz sobre los agujeros negros
La tercera onda gravitacional revela nuevas pistas sobre las direcciones de giro de estas regiones del espacio, una información que puede ayudar a comprender cómo se forman los agujeros negros. En la actualidad, existen dos modelos que explicarían la creación de estas parejas de agujeros negros. La primera teoría sostiene que los agujeros negros nacen juntos, ya que se forman en el mismo lugar donde había un dúo de estrellas que explotaron. Según esta hipótesis, dado que las estrellas originales giraban de forma alineada, los agujeros negros permanecen alineados. Por el contrario, el segundo modelo establece que los agujeros negros se aproximan de forma más tardía. Esta teoría apunta que uno de los agujeros negros acaba capturando al otro en entornos extremadamente densos, lo que implicaría que pueden girar siguiendo cualquier dirección.
Los científicos aún no saben exactamente cómo se forman estas parejas cósmicas, sin embargo, los resultados presentados por Advanced LIGO aportan luz sobre su creación. La señal detectada ha permitido analizar los ejes de rotación de los propios agujeros negros de los que procede. "Hay evidencia de que al menos uno de los dos agujeros negros tiene el eje no alineado con respecto al sistema, lo que muestra que esta pareja de agujeros negros se habría generado en un entorno denso", explica Sintes a Hipertextual. En otras palabras, la observación de la tercera onda gravitacional apoya la segunda hipótesis sobre el nacimiento de estos sistemas binarios. En el caso de que no fuera así, y los agujeros negros se hubieran creado según la primera teoría, los ejes aparecerían alineados, algo que no se ha observado ahora. Los datos que ofrecen en el trabajo publicado hoy proporcionan datos muy relevantes para entender la evolución de las estrellas.
La detección confirmada de la tercera onda gravitacional, que se originó tras la colisión de dos agujeros negros, demuestra que LIGO es un observatorio muy potente para desvelar "el lado oscuro del universo", según el Dr. David Reitze, científico de Caltech y director ejecutivo de la colaboración. A juicio de Sintes, los resultados prueban "que a partir de ahora seguiremos observando más eventos". Sin duda estamos en el principio de una era, protagonizada por la astronomía de ondas gravitacionales, en la que contamos con una poderosa herramienta para observar el cosmos. Gracias a Advanced LIGO, ya es posible escuchar los "ecos" provocados por algunos de los fenómenos más exóticos y violentos del universo.
