“Hemos detectado ondas gravitacionales anteriores a los dinosaurios”


La detección de ondas gravitacionales, predichas por Einstein, es uno de los hitos más importantes de la ciencia contemporánea; una empresa en la que han cooperado organismos y científicos de diversas nacionalidades, como el español Diego Blas. 


DIEGO BLAS, investigador del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN)

Adelantos Desde que se constató la existencia de ondas gravitacionales en Septiembre del 2015, no han cesado uds. de investigar (Cornish y ud. han publicado un artículo recientemente) sobre la velocidad exacta a la que se propagan. ¿Por qué?

Diego Blas –La teoría de la Relatividad General de Einstein es nuestra mejor baza para describir los fenómenos gravitatorios. Sin embargo, es bien sabido que nos deja con una serie de misterios. El más relevante es su incompatibilidad con la mecánica cuántica. Por otro lado, el universo a grandes distancias se comporta de manera extraña al describirlo en el marco de la Relatividad General. Por ese motivo (además de por el mero interés de querer entender mejor la Naturaleza) se estudian posibles modificaciones de la Relatividad General donde estos hechos misteriosos tengan soluciones más satisfactorias. Para comprobar si son o no ciertos, hay que buscar fenómenos donde las modificaciones difieran de la Relatividad General. En la última, la velocidad de las ondas gravitacionales está fijada a ser idéntica a la de la luz. Esto no es así para algunas modificaciones interesantes. Así pues, al estudiar y acotar la velocidad de las ondas gravitacionales estamos intentando averiguar si las alternativas a la relatividad general son viables.

–¿Cómo se produce y qué es una onda gravitacional?

–La gravedad hoy en día la entendemos como una deformación del espacio-tiempo. Este concepto no es muy intuitivo, así que lo voy a intentar explicar. Para determinar que existe una fuente de gravedad (digamos el Sol), uno estudia las trayectorias de las partículas (o los planetas) en ese entorno. De ese modo, aunque no viéramos el Sol directamente, podríamos, estudiando las órbitas de los planetas, deducir que hay una fuente de gravedad situada en la posición del Sol. Una trayectoria viene dada por la distancia de la partícula a un punto a lo largo del tiempo. Así, uno puede describir la gravedad como una deformación de las distancias y los tiempos. Este hecho es universal. El espacio-tiempo se puede entender como un medio deformado por los objetos masivos, una especie de membrana. Ahora, uno puede preguntarse qué le ocurre a ese medio si un objeto se mueve y la membrana se deforma. Pues bien, al igual que le ocurre a una membrana, donde las deformaciones se propagan como ondas a una velocidad, lo mismo le ocurre a la gravedad: cuando los objetos masivos (por ejemplo un planeta) se mueven en trayectorias aceleradas, van deformando el espacio-tiempo a su alrededor, y esas perturbaciones se comportan como ondas centradas en el objeto. En resumen, las ondas gravitacionales son perturbaciones de la fuerza de la gravedad que se propagan a la velocidad de la luz.

“Cada uno de esos agujeros negros tenía la masa de 30 soles acumulada en un diámetro inferior a 100 kilómetros”

–¿Qué fue exactamente el ‘suceso’ que registraron el 14 de Septiembre del 2015 los dos detectores LIGO?

–El 14 de Septiembre de 2015 los detectores de LIGO detectaron las perturbaciones del espacio-tiempo correspondientes a dos agujeros negros en órbita que acabaron por colisionar y fundirse. Cada uno de estos agujeros negros tenía la masa de 30 soles acumulada en un diámetro inferior a 100 km. Al concentrar tanta masa en tan poco espacio se genera una gravedad tan intensa que ni siquiera deja escapar a la luz. De hecho esta es la definición de un agujero negro: objetos tan densos que generan una fuerza de la gravedad a la que ninguna señal puede oponerse, de manera que son completamente invisibles. Por las características de la señal también sabemos que se emitió hace unos mil millones de años, antes de que los dinosaurios rondaran por la tierra. Todo este tiempo la onda ha estado viajando por el Universo hasta llegar a la Tierra. No sólo fue la primera detección directa de las ondas gravitacionales, también fue la primera vez que se detectaban agujeros negros con la masa de 30 veces la del Sol. ¡Un auténtico hito en la historia de la astrofísica!

“Se detectó también una explosión de luz que nos permite entender mejor cómo se forman elementos químicos complejos como el oro”

–¿Qué otros sucesos cósmicos (además del choque de agujeros negros) podrían producir ondas gravitacionales detectables desde la Tierra?

–Para producir ondas gravitacionales, bastan objetos muy masivos (muy energéticos) que se muevan rápidamente. Además, nos interesa que estén cerca de la Tierra para que la potencia de la señal no se extinga. Este verano, se detectaron las ondas procedentes de una colisión de dos estrellas de neutrones. Lo realmente increíble de ese suceso es que también se detectó una explosión de luz procedente del mismo evento que nos ha permitido entender mejor cómo se forman los elementos químicos complejos (incluido el oro) en la historia del universo. La señal que más se anhela es la que vendría de procesos ocurridos durante las colisiones en el Big Bang. Estas ondas nos darían información sobre cómo evolucionó el Universo inmediatamente después del Big Bang, un periodo del que no tenemos ninguna prueba experimental, y muchas expectativas teóricas.

“Si explotaran dos agujeros negros cerca de nosotros, nos vaporizarían”

–Si las ondas gravitacionales son ondulaciones que encogen y estiran el tejido del espacio-tiempo, ¿cómo de cerca tendría que ocurrir un ‘suceso’ para que esa distorsión se hiciera perceptible físicamente aquí, en la Tierra?

–Bueno, ya ha las hemos percibido. Los agujeros negros que detectamos estaban a unos mil millones de años luz de nosotros. Esta distancia es enorme (por ejemplo, la distancia al Sol es de unos 8 minutos-luz), lo que nos da una idea de lo increíblemente potente que fue el evento. Se vertió suficiente energía como para vaporizar todas las estrellas de nuestra galaxia. ¡Ni siquiera las guionistas de Star Wars habían imaginado un ‘arma’ tan poderosa!. Para detectarlo en la Tierra, LIGO/VIRGO usan una precisión en la medida de la distancias equivalente a medir la distancia al Sol con precisión del radio de un cabello. Cuanto más cerca esté el evento la distorsión del espacio tiempo es más importante. Si explotaran dos agujeros negros cerca de nosotros, nos vaporizarían. Como he dicho, con los futuros telescopios de ondas gravitacionales se podrán detectar las distorsiones que vienen directamente del Big Bang, que son ondas que han viajado durante más de 10 mil millones de años.

Rainer Weiss, Barry Barish y Kip S. Thorne recibieron el Nobel de Física por su trabajo en la detección de ondas gravitacionales.

“Al mover mi mano, genero ondas gravitacionales, pero no hay detector en la Tierra capaz de medirlas”

–El descubrimiento de las ondas electromagnéticas, en el siglo XIX, abrió la era de la radio, la televisión, la telefonía sin hilos, etc… Las ondas gravitacionales lo atraviesan todo; ¿qué podría hacerse con ellas?

–Es muy difícil responder a esta pregunta. De momento las ondas gravitacionales son mensajeras del Universo. Nos traen información de objetos y procesos de los que no sabíamos nada (a pesar de ser muy energéticos y de que puede que sean esenciales en la evolución del universo). De esta manera, ya están cambiando nuestra comprensión del Cosmos. Esto es verdaderamente fascinante. Nuestra mayor fuente de conocimiento del Universo ha sido la luz, y ahora tenemos una nueva ventana. Sin embargo, el hecho de que interactúen tan poco también implica que son muy difíciles de manipular, de producir en modo abundante y de detectar. Por ejemplo, al mover mi mano genero ondas gravitacionales, pero no hay detector en la tierra capaz de medirlas. Éste es un problema que puede que se resuelva con la tecnología, pero hoy en día es pura ciencia ficción. Aún así, si pensamos que sólo hace un siglo y medio que dominamos las ondas electromagnéticas y lo lejos que hemos llegado, ¡quién sabe lo que podremos hacer en el futuro!.

“Seguimos mejorando nuestros experimentos para entender mejor el Universo, pero no tienen por qué acabar en una “teoría del todo”

–La ciencia lleva tiempo buscando la unificación de los distintos modelos de Universo, una “teoría del todo”; ¿es que el Cosmos es incongruente, nos faltan datos, los que tenemos están equivocados…?

–El Cosmos sigue teniendo misterios que intentamos entender con nuestras herramientas analíticas. La idea de una teoría del todo es una quimera a la que aspiramos, pero el que no hayamos llegado no quiere decir que estemos equivocados o que haya incongruencias en la Naturaleza. Las teorías físicas suelen tener un rango de aplicación limitado, y necesitan completarse para describir fenómenos más allá de ese rango. Por ejemplo, Newton no estaba equivocado cuando descubrió la ley del movimiento de planetas. Por el contrario, consiguió explicar los datos de su época de manera brillante. Cuando la precisión de las órbitas mejoró, aparecieron discrepancias entre los datos y la teoría de Newton que la relatividad general de Einstein arregló. Ahora mismo, seguimos buscando mejorar nuestros experimentos para entender mejor el universo en el mayor rango de escalas posibles. Está claro que este proceso nos llevará a una mejor comprensión de la Naturaleza, pero no tiene por qué acabar en una teoría del todo. Puede que haya siempre nuevas capas de entendimiento. Como he dicho, no es que nuestros datos estén equivocados, si no que tienen una precisión que igual no es suficiente para encontrar los nuevos fenómenos. La ciencia es una aventura de continua mejora que no se sabe hasta dónde puede llevarnos.