En esta misma página, podemos oír algo que Einstein sólo pudo predecir: las ondas gravitacionales. Hablamos con una de las personas que, desde España, cooperaron y contribuyeron a su descubrimiento efectivo. Y escuchamos -ahí abajo- ondas gravitacionales convertidas en sonido.
LEILA HAEGEL, investigadora postdoctoral, miembro del grupo de Relatividad y Gravitación de la Universidad de Islas Baleares, único grupo de investigación en España que forma parte de la Colaboración Científica LIGO y GEO, en la que trabajan más de 1.000 científicos en 13 países.
Adelantos –Cuando usted llegó a la Universidad de Islas Baleares, en Mayo del 2013, ya empezó a trabajar en el cálculo de señales de ondas gravitacionales. ¿De dónde procedían esas ondas?
Leïla Haegel –Llegué a la UIB para hacer una práctica de Master donde trabajé en señales de ondas gravitacionales. Después, hice mi doctorado en Ginebra, donde trabajé en física de partículas, más específicamente, en el campo de la “violación CP” en el sector de los neutrinos, que podría tener un impacto en la distribución de antimateria. Después de mi tesis, me parecía importante a estudiar más la Cosmología y volví a la UIB este otoño para estudiar relatividad general con estas señales de ondas gravitacionales.
La teoría de la relatividad general de Albert Einstein une la energía (y la materia, que se corresponde a energía mediante la famosa ecuación E=mc2) con el espacio-tiempo. Un ejemplo de esta corespondencia es que la masa de las estrellas crea una deformación del espacio-tiempo, que es como un vacío tridimensional en la localización de las estrellas.
«Cuando objetos con caracteres asimétricos se mueven, se produce una deformación del espacio-tiempo»
Las ecuaciones de Einstein son complicadas, porque están acopladas entre ellas, pero soluciones lineales calculadas hace un siglo han demostrado que cuando objetos o sistemas de objetos con caracteres asimétricos se mueven, se produce una deformación del espacio-tiempo. La razón es que cuando las estrellas estan orbitando, pierden energía que se transforma en una deformacíon del espacio-tiempo que se propaga como una onda en la superficie del agua.
Desde 2015, año en que se realizó la primera detección directa de ondas gravitacionales, detectamos señales de agujeros negros y estrellas de neutrones. Por ahora, nuestros detectores sólo son sensibles a ondas con alta amplitud y en un intervalo de frecuencias específico, así que sólo detectamos eventos procedentes de objetos muy densos. Esperamos detectar ondas de objectos diferentes, como agujeros negros supermasivos o señales contínuas con los detectores del futuro.
https://www.youtube.com/watch?v=PR4ZFTQiTkI
Video 1: Simulación de la fusión de dos agujeros negros y de las ondas gravitacionales emitidas. (GRG@ŨIB)
“Nunca hemos creado agujeros negros en un laboratorio, pero puede hacerse una analogía con la bomba de fusión”
–Con el Mare Nostrum, el mayor supercomputador de España, usted hace simulaciones de sistemas binarios de agujeros negros ¿Con qué suceso terrestre podría ejemplificarse, salvando las distancias, el efecto de la colisión entre dos agujeros negros, u otro tipo de movimientos cósmicos capaces de producirlas?
–Los agujeros negros son los objetos más densos del Universo, y la fusión de dos agujeros negros es uno de los eventos más energéticos de todo el Cosmos. Por eso, no se puede dar un ejemplo de un suceso terrestre con la misma intensidad. Nunca hemos creado agujeros negros en un laboratorio, pero se puede hacer una analogía con la bomba de fusión, donde dos átomos de hidrógeno se fusionan en un nuevo átomo, que se llama deuterio. La energía del deuterio es menor que la energía de los dos átomos de hidrógeno por separado, así que la diferencia de energía se emite, y esta emisión es lo que produce el efecto letal de la bomba. De manera similar, cuando dos agujeros negros se fusionan, una parte de la energía se emite en forma de ondas gravitacionales.
Pero los agujeros negros no emiten ondas gravitacionales sólo cuando se fusionan. Como dos placas tectónicas, que al estar apretadas la una con la otra emiten ondas sísmicas de manera continua, dos agujeros negros que están girando el uno alrededor del otro emiten ondas gravitacionales todo el tiempo (aunque la intensidad de esta emisión es menor). La fusión de los agujeros negros es como un terremoto, en el sentido de que es el momento en el que las ondas son más fuertes, y podemos registrarlas para encontrar información del evento inicial.
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Figura 1. (Adaptada de la figura 5 de la publicación de LSC). El panel superior muestra una comparación de la señal de onda gravitacional reconstruida en función del tiempo, vista por el detector de Livingston (gris) con una señal calculada a partir de una simulación numérica de relatividad general. El tiempo se cuenta en segundos hacia atrás con respecto al momento de la fusión de los dos agujeros negros. El panel inferior muestra cómo cambia la frecuencia de las ondas gravitacionales con el tiempo. La frecuencia aumenta a medida que los agujeros negros se acercan. Esto también se puede relacionar con la velocidad orbital, que se muestra en la parte derecha del panel inferior en unidades de la velocidad de la luz, c. La cruz negra marca el punto donde la amplitud de la señal fue mayor, que aproximadamente también coincide con el instante en el que los agujeros negros se fusionaron. (LIGO)
«Las ondas gravitacionales forman una nueva Astronomía: se trata de una nueva señal sin fotón»
–Ud. impartió un seminario donde hablaba, entre otras cosas, de la “nueva astronomía”. ¿De qué manera las ondas gravitacionales pueden dejar “vieja” a la astronomía actual?
–La astronomía actual utiliza luz, que está hecha de fotones. Los telescopios son como nuestros ojos: son detectores de luz. Siguen siendo muy útiles, y esa Astronomía !nunca va a estar vieja! Las ondas gravitacionales forman una nueva astronomía en el sentido de que se trata de una nueva señal sin fotón. Antes, podíamos ver al cosmos, pero éramos sordos ante él. Con las nuevas ondas gravitacionales, se puede decir que !podemos escucharlo! Nuevas señales permiten obtener informaciones diferentes a las de de la astronomía fotónica, y podemos comprender mejor objetos que no emiten luz, como los agujeros negros. Además, los fotonos interactúan con el medio interestelar, mientras las ondas gravitacionales casi no sufren deformaciones y conservan información sobre los objetos que las han creado a lo largo de distancias cósmicas.
https://www.youtube.com/watch?v=egfBaUdnAyQ
Video 2: Las ondas gravitacionales enviadas desde un par de agujeros negros colisionados se han convertido en ondas de sonido, como se escucha en esta animación. (LIGO, CalTech)
–Ha pasado usted por la Universidad Paris-Sud XI y también por la de Ginebra; ¿cuál es para usted la mayor diferencia entre sus respectivos sistemas de trabajo y el de las universidades españolas?
–Los grupos de investigación funcionan de manera similar en los laboratorios donde trabajé, las diferencias están más en la organización o los recursos asignados. Ahora, con la detección de la fusión de agujeros negros y estrellas de neutrones, hay mucha excitación acerca de las ondas gravitacionales en España y tenemos recursos para trabajar, usar superordenadores y viajar para encontrarnos con otros físicos e intercambiar nuestros análisis. Si tengo que comparar con otros países, la burocracia y la reglamentación me parecen aquí un poquito intensas: es normal que haya que justificar nuestro trabajo, viajes, etc, pero a veces se va mucho tiempo que preferiría dedicar a la investigación. Pero en general, el trabajo de investigación es muy internacional, y la vida de los investigadores es similar en todos los países. Además, en España se empieza a hacer contrataciones de investigadores permanentes, lo que es una señal positiva de crecimiento para la investigación. En general, estoy muy contenta de mi trabajo aquí, en las Islas Baleares, porque nuestro grupo es muy dinámico y tengo la libertad de estudiar lo que me parece interesante para mi, además de intercambiar con otros físicos para decidir la mejor dirección para mi investigaciones.
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El grupo de relatividad y gravitación de la UIB.
