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Física

Ondas gravitacionales: un Nobel a una detección “imposible”

“Señoras y señores, hemos detectado ondas gravitacionales. ¡Lo conseguimos!”. Así anunciaba en 2016 el director de LIGO, David Reitze, la primera detección directa de ondas gravitacionales. La promesa de una nueva era en astronomía. El Premio Nobel no se ha hecho esperar. Kip Thorne, Rainer Weiss y Barry Barish son los galardonados con el Nobel de Física de 2017 por sus contribuciones a un campo que nos desvelará un aspecto del universo oculto hasta ahora.

La forma en la que entendíamos el universo cambió para siempre cuando Galileo apuntó por primera vez un telescopio hacia el cielo. En 2015 conseguimos hacer algo parecido con dos de los instrumentos más precisos del planeta: los dos detectores de ondas gravitacionales de LIGO. Por primera vez detectamos un nuevo tipo de radiación que se emite en algunos de los sucesos más espectaculares del universo: agujeros negros colisionando a casi la velocidad de la luz, explosiones supernova, estrellas de neutrones devorándose mutuamente… e incluso el Big Bang.

Simulación de la emisión de ondas gravitaciones durante la fusión de dos agujeros negros

Cien años de espera

Einstein, a través de su teoría de la relatividad general, revolucionó nuestra visión del espacio. Antes se pensaba que era algo rígido e inmutable. Ahora sabemos que se expande y distorsiona. Vivimos en una enorme cama elástica: si algo se mueve muy rápido sobre ella, se crean vibraciones y se propagan a otras partes de la cama. Esas vibraciones son las ondas gravitacionales, distorsiones en el espacio en forma de ondas que viajan por todo el universo a la velocidad de la luz. Pero estos cambios son diminutos para cuando llegan a la tierra, tan diminutos que Einstein pensaba que nunca seríamos capaces de detectarlas.

Y no solo Einstein era escéptico. Llevábamos décadas intentado “cazarlas” sin éxito. El primero en intentarlo fue Joseph Weber en la década de 1960. De hecho, llegaría a anunciar varias detecciones, que finalmente resultaron ser erróneas. En 1967, Weiss, uno de los ganadores del Nobel, impulsó la construcción del primer prototipo en el que se basarían los futuros detectores de ondas gravitacionales. Thorne, otro de los galardonados, iría al mismo tiempo consolidando los fundamentos teóricos del campo. Estaba convencido de que algún día se detectarían. A estos esfuerzos se uniría Ronald Drever, que probablemente habría sido el tercer premiado de no ser por su muerte hace solo unos meses. Después de muchos problemas con la financiación, en 1984 los tres fundarían LIGO, el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser. Barish, el tercer premiado, fue determinante en consolidar la financiación y una comunidad internacional de colaboradores en torno al experimento. Desde 2002 a 2010 LIGO, junto a otros detectores más pequeños, estuvo operando sin conseguir ninguna detección. Pese a ello, se consiguió financiar Advanced LIGO, que cuenta con instrumentación aún mucho más precisa. La sorpresa vino cuando la primera detección ocurrió nada más comenzar a tomar datos con él.

Uno de los dos detectores de LIGO (Livingston, Estados Unidos)

Lo conseguimos

En septiembre de 2015 LIGO detectó la primera señal: un choque entre agujeros negros. La energía liberada fue tal que superó la que estaban emitiendo en ese instante todas las estrellas del universo. Parte de ella se lanzó al espacio en forma de ondas gravitacionales que, mil trescientos millones de años después, llegaban a la Tierra. Tras meses de análisis de datos, el anuncio de la detección se hizo en febrero de 2016: “¡Lo conseguimos!”. Desde entonces ya se han confirmado otras tres detecciones. La última, anunciada hace solo unos días, ha marcado otro hito. Ha sido la primera detectada desde dos continentes, gracias a la colaboración de LIGO con VIRGO, el detector del Observatorio Gravitacional Europeo en Italia. Esta detección conjunta nos permite localizar en el espacio el origen de las ondas gravitacionales con una precisión diez veces mayor.

Localización de las 4 señales detectadas hasta ahora. La de la última es mucho más precisa gracias al trabajo conjunto de los detectores

Para conseguir detectar las ondas gravitacionales, se tuvo que diseñar uno de los instrumentos más precisos del planeta. LIGO está diseñado para medir distancias con una precisión del 99,999999999999999999999%, equivalente a la de dar la distancia a la estrella más cercana con un margen de error del tamaño de… ¡un cabello humano! Otro de los desafíos es que cualquier fuente externa de vibraciones, como el impacto de las olas en una playa a decenas de kilómetros, puede “contaminar” los datos. Es por eso por lo que estos detectores se ponen en lugares lo más aislados posibles y por lo que se necesitaba que hubiera dos, alejados entre sí, para poder descartar las falsas señales debidas a ruido local. Por ello LIGO son dos observatorios, en extremos opuestos de Estados Unidos. Uno se encuentra en Luisiana, rodeado de pantanos y caimanes. El otro está en el desierto en el estado de Washington, muy cerca de un cementerio nuclear.

Detectar las ondas gravitacionales era casi imposible. En todo el mundo, centenares de científicas y científicos han trabajado juntos, sorteando todo tipo de obstáculos, hasta conseguirlo. España también ha contribuido a ello. El grupo de investigación UIBGRG (Universidad de las Islas Baleares), con Alicia Sintes como investigadora principal, pertenece desde 2002 a la colaboración LIGO. Recientemente el grupo Valencia Virgo (Universidad de Valencia) se ha incorporado a la Colaboración Virgo, con José Antonio Font como investigador principal.

Una nueva ventana al universo

Estamos ante unas ondas muy diferentes a la luz, que pueden atravesar todo el universo sin que nada las afecte. Estamos “viendo” por primera vez directamente agujeros negros y pronto tal vez estrellas de neutrones. Estos detectores podrán también detectar las ondas de las supernovas un poco antes de que llegue su luz y avisar a los telescopios para que apunten hacia ellas. Combinando los datos de ambos podremos saber mucho más sobre estas explosiones estelares.

Y esto no ha hecho más que empezar. La familia de detectores de ondas gravitacionales está creciendo. En la India están en fase avanzada del diseño de LIGO-India y Japón está construyendo desde hace años el detector KAGRA. En Europa se está estudiando construir bajo tierra el Telescopio Einstein, un nuevo tipo de detector que sería mucho más preciso aún. Y la Agencia Espacial Europea ha diseñado LISA (Antena Espacial de Interferometría Láser), con una tecnología similar a la de LIGO, pero a millones de kilómetros en el espacio. Su lanzamiento se planea en torno a 2030.

Con las ondas gravitacionales hemos abierto una nueva ventana al universo. ¿Qué sorpresas nos esperan detrás de ella? La espera ha merecido la pena; lo mejor está aún por llegar.


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