Apoyan a Conec

Superior

Física

Ones gravitacionals: un Nobel a una detecció “impossible”

“Senyores i senyors, hem detectat ones gravitacionals. Ho hem aconseguit!”. Així anunciava en 2016 el director de LIGO, David Reitze, la primera detecció directa d’ones gravitacionals. La promesa d’una nova era en astronomia. El Premi Nobel no s’ha fet esperar. Kip Thorne, Rainer Weiss i Barry Barish són els guardonats amb el Nobel de Física de 2017 per les seues contribucions a un camp que ens desvelarà un aspecte de l’univers ocult fins ara.

La forma en què enteníem l’univers va canviar per sempre quan Galileu va apuntar per primera vegada un telescopi cap al cel. En 2015 hem aconseguit fer una cosa semblant amb dos dels instruments més precisos del planeta: els dos detectors d’ones gravitacionals de LIGO. Per primera vegada, hem detectat un nou tipus de radiació que s’emet en alguns dels successos més espectaculars de l’univers: forats negres col·lidint a quasi la velocitat de la llum, explosions supernova, estels de neutrons devorant-se mútuament… i fins i tot el Big Bang.


Simulació de l’emissió d’ones gravitacionals durant la fusió de dos forats negres

Cien anys d’espera

Einstein, a través de la seua teoria de la relativitat general, va revolucionar la nostra visió de l’espai. Abans es pensava que era rígid i immutable. Ara sabem que s’expandeix i es distorsiona. Vivim en un enorme llit elàstic: si alguna cosa s’hi mou molt ràpidament, es creen vibracions i es propaguen a altres parts del llit. Aquestes vibracions són les ones gravitacionals, distorsions en l’espai en forma d’ones que viatgen per tot l’univers a la velocitat de la llum. Però aquests canvis són diminuts quan arriben a la terra, tan diminuts que Einstein pensava que mai seríem capaços de detectar-les.

I no sols Einstein era escèptic. Portàvem dècades intentat “caçar-les” sense èxit. El primer a intentar-ho va ser Joseph Weber en la dècada de 1960. De fet, arribaria a anunciar diverses deteccions, que finalment van resultar ser errònies. En 1967, Weiss, un dels guanyadors del Nobel, va impulsar la construcció del primer prototip en què es basarien els futurs detectors d’ones gravitacionals. Thorne, un altre dels guardonats, aniria al mateix temps consolidant els fonaments teòrics del camp. Estava convençut que algun dia es detectarien. A aquests esforços s’uniria Ronald Drever, que probablement hauria sigut el tercer premiat si no haguera mort fa tot just uns mesos. Després de molts problemes amb el finançament, en 1984 els tres fundarien LIGO, l’Observatori d’Ones Gravitacionals per Interferometria Làser. Barish, el tercer premiat, va ser determinant en la consolidació del finançament i d’una comunitat internacional de col·laboradors al voltant de l’experiment. Des de 2002 fins a 2010, LIGO, junt amb altres detectors més menuts, va estar operant sense aconseguir cap detecció. Tot i això, es va aconseguir finançar Advanced LIGO, que compta amb instrumentació encara molt més precisa. La sorpresa vingué quan la primera detecció es va produir tan bon punt s’hi va començar a prendre dades.

Un dels dos detectors de LIGO (Livingston, Estats Units).

Ho hem aconseguit

Al setembre del 2015 LIGO va detectar el primer senyal: un xoc entre forats negres. L’energia alliberada va ser tan gran que va superar la que emetien en aquell instant tots els estels de l’univers. Part d’aquesta es va llançar a l’espai en forma d’ones gravitacionals que, mil tres-cents milions d’anys després, arribaven a la Terra. Després de mesos d’anàlisi de dades, l’anunci de la detecció es va fer al febrer de 2016: “Ho hem aconseguit!”. Des de llavors ja s’han confirmat tres deteccions més. L’última, anunciada fa només uns dies, ha marcat un altra fita. Ha sigut la primera detectada des de dos continents, gràcies a la col·laboració de LIGO amb VIRGO, el detector de l’Observatori Gravitacional Europeu a Itàlia. Aquesta detecció conjunta ens permet localitzar en l’espai l’origen de les ones gravitacionals amb una precisió deu vegades més gran.

Localització dels quatre senyals detectats fins ara. La de l’últim és molt més precisa gràcies al treball conjunt dels detectors.

Per a aconseguir detectar les ones gravitacionals, es va haver de dissenyar un dels instruments més precisos del planeta. LIGO està dissenyat per a mesurar distàncies amb una precisió del 99,999999999999999999999%, equivalent a la de donar la distància a l’estel més pròxim amb un marge d’error de la mida… d’un cabell humà! Un altre dels desafiaments és que qualsevol font externa de vibracions, com l’impacte de les onades en una platja a desenes de quilòmetres, pot “contaminar” les dades. És per això que aquests detectors es posen en llocs tan aïllats com siga possible, i calia que n’hi haguera dos, allunyats entre si, per a poder descartar els falsos senyals produïts pel soroll local. Per això LIGO són dos observatoris, en extrems oposats dels Estats Units. Un està a Louisiana, envoltat de pantans i caimans. L’altre està al desert en l’estat de Washington, molt prop d’un cementeri nuclear.

Detectar les ones gravitacionals era quasi impossible. En tot el món, centenars de científiques i científics han treballat junts, superant tota mena d’obstacles, fins a aconseguir-ho. Espanya també hi ha contribuït. El grup d’investigació UIBGRG (Universitat de les Illes Balears), amb Alicia Sintes com a investigadora principal, pertany des de 2002 a la col·laboració LIGO. Recentment el grup València Virgo (Universitat de València) s’ha incorporat a la Col·laboració Virgo, amb José Antonio Font com a investigador principal.

Una nova finestra a l’univers

Estem davant d’unes ones molt diferents de la llum, que poden travessar tot l’univers sense que res les afecte. Estem “veient” per primera vegada directament forats negres, i potser prompte estels de neutrons. Aquests detectors podran també detectar les ones de les supernoves un poc abans que n’arribe la llum i avisar els telescopis perquè apunten cap a ells. Combinant les dades dels dos, podrem saber molt més sobre aquestes explosions estel·lars.

I açò no ha fet més que començar. La família de detectors d’ones gravitacionals està creixent. A l’Índia estan en fase avançada del disseny de LIGO-India i el Japó està construint des de fa anys el detector KAGRA. A Europa s’està estudiant construir sota terra el Telescopi Einstein, un nou tipus de detector que seria molt més precís encara. I l’Agència Espacial Europea ha dissenyat LISA (Antena Espacial d’Interferometria Làser), amb una tecnologia similar a la de LIGO, però a milions de quilòmetres en l’espai. El seu llançament es planeja cap al 2030.

Amb les ones gravitacionals hem obert una nova finestra a l’univers. Quines sorpreses ens esperen darrere? L’espera ha valgut la pena; el millor encara està per arribar.


, , , ,

No comments yet.

Leave a Reply