El cosmos nos cuenta su pasado
El 14 de septiembre de 2015 es un día histórico para la ciencia porque se abrió una nueva forma de conocer los misterios del universo. Fue el día en el que astrónomos y astrofísicos captaron una señal de un evento cósmico que ocurrió hace 1.300 millones de años luz, cuando dos agujeros negros que giraban vertiginosamente uno alrededor del otro, colapsaron. La energía que produjo ese evento fue captada gracias a unos poderosos instrumentos que detectaron esas desconocidas, hasta entonces, ondas gravitacionales.
Como explica de manera sencilla el físico boliviano y director del Observatorio San Calixto, Francesco Zaratti, "se ha abierto otra ventana para el estudio del universo. Antes todo lo que se conocía era gracias al espectro electromagnético; con las ondas gravitacionales estamos en otra dimensión, es como si además de la vista tuviéramos oído. Entonces ahora no solo podemos ver, sino escuchar cosas que no vemos. Es una nueva manera de ver y conocer el universo”.
El brillante Albert Einstein propuso en 1915, 100 años antes de su confirmación, la existencia de ondas gravitacionales generadas por deformaciones del espacio-tiempo en su teoría general de la relatividad .
Esas deformaciones del espacio-tiempo, un concepto muy complicado, se pueden explicar, por ejemplo, comparando cuando se lanza una piedra en un estanque y ésta deforma la superficie del agua: ésa es una onda.
Las ondas fueron detectadas en 2015 y anunciadas el 11 de febrero pasado, tras 50 años de esfuerzos, gracias a los instrumentos del experimento denominado Ligo (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), que miden cada uno cuatro kilómetros.
Una nueva ventana
"Gracias a este descubrimiento, la humanidad se embarca en la maravillosa exploración de los lugares más extremos del universo, donde se forman objetos y fenómenos por la deformación del espacio-tiempo”, opinó Kip Thorne, profesor de física teórica en Caltech (California Institute of Technology) .
Según explica Zaratti, en septiembre de 2015 confluyeron dos hechos muy importantes, el primero fue que se produzca un evento cósmico de gran magnitud, puesto que no cualquiera puede ser detectado, y segundo, que la ciencia ya contaba con instrumentos de una precisión casi inimaginable.
Precisión de milisegundos
Para comprender de qué tipo de precisión estamos hablando, el científico invita a imaginar un palo, "un palo más largo que mil millones de años luz (las primeras estrellas están cercanas al Sol, a tres o cuatro años luz, las primeras galaxias están a un millón de años luz; por ejemplo Androma) que vaya mil veces más lejos que Androma y lo que hay que detectar es la radiación en cinco centímetros de ese palo. Es una precisión extraordinaria”.
Semejante grado de precisión, declara el físico, se logra a través de la interferometría láser: al avanzar las ondas gravitacionales provocan una modificación del espacio; en una dimensión se encoje y en la otra se dilata. Si bien todo se dilata y todo se encoje, hay algo que no cambia nunca, que es un absoluto: la velocidad de la luz. Al ser un absoluto, si mandamos rayos láser en una dirección o en la otra, el tiempo que emplean en recorrer entre dos espejos es diferente si uno se encoje y el otro se contrae. Es una variación mínima, pero posible de leer gracias a la interferometría.
Con esa herramienta, mejorada y modificada, se ha podido detectar una señal. "Una señal que se dio porque hace 1.300 millones de años -visto desde la Tierra- ocurrió un evento en el cual dos agujeros negros que giraban vertiginosamente uno alrededor del otro (aceleración) colapsaron y la energía viajó a través de estas ondas. Un evento que duró segundos pudo ser captado por Ligo”, explica Zaratti.
En astrofísica y astronomía se habla de miles de millones de años. "Cuando detectamos una galaxia en el confín del universo estamos viendo sus comienzos, estamos viendo la luz generada hace miles de millones de años”, complementa Zaratti.
En febrero, un emocionado David Reitze, físico de Caltech y director del laboratorio Ligo, declaraba a los medios: "No lo podía creer. Era demasiado bueno para ser cierto. El análisis de los datos permitió determinar que esos dos agujeros negros se fusionaron hace unos 1.300 millones de años. Cada uno de ellos era entre 29 y 36 veces más masivos que el Sol, con un diámetro de sólo 150 km. La comparación de los momentos de llegada de las ondas gravitacionales a los dos detectores Ligo (7,1 milisegundos de diferencia) distantes 3.000 km uno del otro, y el estudio de las características de las señales medidas, confirmaron la detección”.
"El hecho de haber detectado estas ondas significa una satisfacción intelectual; confirmar la previsión de Einstein de hace 100 años, que nadie ponía en duda, pero de lo que se dudaba era si algún día podrían detectarse”; destaca Zaratti.
Según el físico, ahora vamos a conocer mejor qué pasó, porque el análisis de esa señal, en la interpretación de los datos dará información sobre lo que sucedió. "Nadie sabe, sin embargo, a ciencia cierta que eran dos agujeros negros, pero la forma, la intensidad de la señal, permite calcular la energía de origen y de dónde viene”, agrega.
Si algún día se captara una señal del tiempo del big bang en la Tierra, tendríamos información de lo que pasó segundos después de la formación del universo.
Conocimiento puro
¿Cómo conocemos el universo? Lo podemos conocer por contacto directo, por ejemplo cuando se "descubrió” América, la gente vino acá y tocó las cosas nuevas, las plantas, la gente nueva, etcétera. La otra manera es a través del conocimiento a distancia. Para conocer a distancia se necesita el concepto de onda; porque como no podemos, por ejemplo, tocar la Luna, solo podemos verla con un telescopio a través de la luz del Sol que refleja en ella.
Zaratti explica que de la misma manera sabemos de Júpiter, o de un cometa, y sabemos de las estrellas, sólo que ya no es suficiente solamente verlas con un telescopio, que nos da poca información.
"Necesitamos otros instrumentos para que esta luz que envían las estrellas la analicen, la descompongan, como si se tuviera las huellas digitales de esa estrella y sobre esa huella podemos saber a qué grupo étnico pertenece, o qué tamaño tiene. Esa clase de radiación de ondas se conoce como radiación magnética; son ondas que se generan por la aceleración de cargas de protones, de electrones”, sostiene.
Hay toda una gama de frecuencias que se pueden estudiar; por ejemplo, las ondas de radio. Hay ondas visibles, de luz; pero también en ultravioleta y en infrarrojo, que no se ven pero se detectan, en rayos X, en rayos gamma.
Todos esos son productos de una radiación electromagnética.
Ahora estamos interactuando a través de ondas sonoras; "pero éstas tienen un problema, necesitan aire y no sólo eso, necesitan un medio, un cable, un tubo de acero para propagarse; en el vacío no se propagan, por lo tanto, no se puede escuchar el sonido de las estrellas o de los planetas”, explica el físico.
"Hasta ahora sólo podíamos estudiar el universo a través del espectro electromagnético. Pero había otra posibilidad; no teníamos solamente ojos, también teníamos oídos para estudiar el universo. ¿Y cómo es este oído? El que emite otro tipo de ondas, de señales, que no son las que se dan a través de las aceleraciones de carga de protones o neutrones, sino a través de la aceleración de masas, es decir de cuerpos”, dice Zaratti.
La aventura de la ciencia
Pero, ¿cómo el hallazgo del laboratorio Ligo puede influir en la vida cotidiana de una persona común y corriente?
Todo el mundo conoce el big bang, dice Zaratti, que es el resultado de estudios teóricos y también de evidencias experimentales, pero hoy día es parte del lenguaje popular y también del lenguaje de otras ciencias: de las ciencias sociales, la literatura, la poesía... "Todos se apropian, entonces enriquece la cultura universal humana”.
Desde el punto de vista práctico, estas técnicas tan refinadas de detección tienen siempre una influencia en otros campos: en la técnica industrial, en la medicina. Se podrá hacer piezas con una precisión que nunca antes siquiera se imaginó, agrega.
"En el CERN estaban haciendo experimentos para hacer chocar partículas elementales y tenían que comunicarse entre ellos los resultados y allí apareció el email. Eso es lo lindo de la ciencia; por ahí uno sale de casa buscando un unicornio y encuentra la serpiente más larga del mundo o a un pez que sale a caminar de noche... Esa es la aventura de la ciencia”.
Características de la señal
Origen Se originó hace 1.300 millones de años (cuando aparecieron los primeros organismos pluricelulares en la Tierra, como las algas marinas).
Fenómeno Por el colapso de un sistema binario de agujeros negros (un sistema no muy común, hasta donde sabemos).
Masa Su masa era de unos 30 soles cada uno (contenida en un espacio reducido).
Movimiento La aceleración de las masas que colapsaron provocó la emisión violenta de ondas gravitacionales con una gran energía (la energía de la onda llegó a tres masas solares).
Experimento Esta combinación permitió que un débil efecto se sintiera el 14 de septiembre de 2015 en la Tierra, cuando ese pico de onda llegó a los dos laboratorios de Ligo que lo esperaban.
Comunidad 1.006 investigadores, 15 países, 90 instituciones diferentes fueron los protagonistas de un acontecimiento histórico.
Inversión Según publicaba Nature, el observatorio Ligo recibió una financiación de 500 millones de dólares en sus casi 20 años de historia.
Instalaciones 3.000 kilómetros separan a los observatorios estadounidenses de Hanford (Washington) y Livingston (Louisiana).
Las ondas y el colapso de enormes estrellas
Las ondas gravitacionales son producidas por perturbaciones en la trama del espacio-tiempo por los efectos del desplazamiento de un objeto de enorme masa. Estas perturbaciones se desplazan a la velocidad de la luz en la forma de ondas y nada las detiene. Este fenómeno suele ser representado como la deformación que ocurre cuando un peso reposa sobre una red. En este caso, la red representa el entramado espacio-tiempo.
El físico Benoît Mours consideró que el descubrimiento era "histórico” porque permite "verificar de forma directa una de las predicciones de la teoría general de la relatividad”.
Por este descubrimiento, los físicos han determinado que las ondas gravitacionales detectadas en septiembre de 2015 nacieron en la última fracción de segundo antes de la fusión de dos agujeros negros, objetos celestes aún misteriosos que resultan del colapso gravitacional de enormes estrellas.
La posibilidad de una colisión entre estos cuerpos había sido predicha por Albert Einstein, pero el fenómeno jamás había sido observado. De acuerdo con la teoría general de la relatividad, un par de agujeros negros en que cada uno orbita en torno al otro pierde energía, produciendo las ondas gravitacionales. Son estas ondas las que fueron detectadas el 14 de septiembre del año pasado.
