LA NUEVA ONDA DE LA ASTROFÍSICA
La detección de ondas gravitatorias permitirá escuchar fenómenos hiperviolentos del cosmos antes ocultos. Entre ellos, el principio de todo: el big bang.
Anunciado el pasado 11 de febrero, el descubrimiento que puso a la ciencia de vanguardia en la portada de los grandes medios de comunicación es, en primer lugar, la prueba experimental que confirma lo que ya sospechaba todo el orbe científico: las ondas gravitatorias existen. Y se ha logrado darles caza gracias a una tecnología, la interferometría láser, con la que pueden medirse perturbaciones en un protón de una milésima parte del diámetro. Dicho de otro modo: detrás de este hallazgo apenas hay una vibración que requiere remontarse hasta la vigésimo primera cifra decimal de un metro. Para los legos, eso equivale a nada, pero los ex- pertos en relatividad vislumbran en ella una catástrofe cósmica que removió los cimientos del universo hace más de mil millones de años, cuando dos agujeros negros empezaron a girar uno alrededor de otro a velocidades próximas a la de la luz, hasta que se fusionaron.
Pero ¿cuál es la auténtica trascendencia de la noticia? Gracias a esta detección, los observatorios de ondas gravitatorias se han consagrado por fin como una nueva atalaya desde la que escudriñar el cosmos; como si en el mundo de
planilandia hubiera irrumpido de repente un cubo que nos abriera los ojos a la tridimensionalidad. Algunos físicos lo han explicado recurriendo a la analogía
de los sentidos: nos habíamos conformado con ver el universo, y a partir de ahora, también podemos escuchar las vibraciones y los estremecimientos de su textura profunda. Con los observatorios de ondas gravitatorias, lo apasionante es todo lo que está por descubrir.
Si no emite luz, algo como un agujero negro es imposible de localizar con un telescopio al uso. Los astrónomos se tenían que conformar con estudiar este tipo de fenómenos mediante métodos indirectos, como la fuerza gravitatoria que ejercen a su alrededor. Paradójicamente, la luz era la principal vía de conocimiento y, a la vez, cubría con un velo de ignorancia a todos aquellos cuerpos que pululaban por el espacio sin emitirla. Hasta ayer.
Porque aunque se ampare en las sombras, cualquier cosa que se mueva aceleradamente hace vibrar el tejido del espacio-tiempo. Para que haya alguna opción de que las ondas así generadas puedan registrarse, el objeto tiene que desplazarse a velocidades próximas a la luz. Y eso fue lo que ha captado el observatorio LIGO (acrónimo de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), formado por dos instalaciones gemelas situadas a 3.000 kilómetros de distancia en Estados Unidos.
Según el ingeniero aeronáutico César García Marirrodriga, de la Agencia Espacial Europea, “los dos agujeros negros habían empezado a girar el uno alrededor del otro unas doscientas veces por segundo, al 60 % de la velocidad de la luz”. La vibración recogida por LIGO duró apenas 0,2 segundos, ya que correspondía al instante final antes de que se produjera la fusión.
EL ECO DE UN CATACLISMO SUCEDIDO A 1.300 MILLONES DE AÑOS LUZ
“Gracias a que se realizaron complejas simulaciones numéricas dentro de la relatividad general, sabíamos el tipo de ondas que se obtendrían por la integración de varios objetos densos”, explica la astrofísica Pilar RuizLapuente. Según esta profesora de la Universidad de Barcelona, “tales cálculos han permitido saber también que la señal provenía concretamente de la unificación de dos agujeros negros”. De la forma de las ondas se deduce su fuerza inicial. Luego, al comparar las intensidades entre la señal emitida y la recibida, se obtiene la distancia a la que está su lugar de procedencia. Como sigue diciendo Ruiz-Lapuente, “uno de los agujeros negros tenía una masa veintinueve veces la del Sol, y el otro era 36 veces mayor. Se encontraban a unos 1.300 millones de años luz de la Tierra”.
El análisis de otros positivos como este permitirá a los astrónomos disponer de una información que hasta el momento parecía inalcanzable. Hay astrofísicos que sueñan con el momento en que se detecten más ecos de agujeros negros fundiéndose, información que llegará desde puntos recónditos del cosmos y que, al combinarla, arrojará nueva luz sobre su historia y evolución. Junto con los datos obtenidos de observatorios convencionales, será posible, por ejemplo, medir la expansión experimentada por el espacio desde que la onda salió de la fuente emisora, debida al empuje de esa aún misteriosa entidad llamada energía oscura. Este tipo de mediciones contribuirán a hallarnos un poco más cerca de resolver una incógnita que trae de cabeza a los astrofísicos.
Porque la luz es poco de fiar para
QUIZÁ PERMITAN DESVELAR QUÉ ES ESA MISTERIOSA FUERZA LLAMADA ENERGÍA OSCURA
según qué cosas. Después de atravesar largos espacios siderales, puede acabar siendo absorbida por polvo o gas interestelares y sufrir todo tipo de distorsiones, lo cual da lugar a frecuentes errores de interpretación. Por el contrario, las ondas gravitatorias apenas interaccionan con la materia, de modo que llegan hasta nosotros casi como partieron.
Con independencia del tiempo que haya pasado desde su emisión y la distancia recorrida, dichas ondas son mensajeras de una información limpia. Esto significa que las máquinas que detecten esas señales no solo se destinarán a cazar todo aquello oculto en la oscuridad, sino que también contribuirían a ampliar los datos conseguidos mediante vías convencionales.
AGUJEROS NEGROS VORACES, ENANAS BLANCAS Y OTROS OBJETOS A TIRO
Por ejemplo, serán capaces de localizar supernovas –estallidos de estrellas en la última fase de su evolución– escondidas por la interposición de una nube de polvo. También escudriñarán qué ocurre en el interior de los sistemas binarios de estrellas de neutrones, objetos ultradensos y muy calientes formados por el colapso gravitatorio de un astro gigantesco. Se cree que, en dos años, los propios detectores de LIGO conseguirán ob- tener información de estos fenómenos. Y gracias a las próximas generaciones de telescopios gravitacionales, probablemente también podremos escudriñar los agujeros negros supermasivos que suelen ocupar el corazón de las galaxias, las estrellas binarias, las parejas de enanas blancas –última fase de la mayor parte de los astros que brillan en el cosmos– o los agujeros negros devorando otros cuerpos celestes.
Las posibilidades de la incipiente astronomía gravitacional no acaban aquí. Antes, los científicos reconstruían a partir de la luz –como si fueran fósiles– la infancia del universo. Pero al tirar del hilo, la historia se corta abruptamente ante el muro de la llamada radiación de fondo de microondas, fotografía del cosmos cuando tenía unos 300.000 años de edad. Es imposible encontrar vestigios luminosos más primitivos: debido a la elevada densidad y temperatura que reinaban entonces, los átomos atrapaban los fotones formando un magma impenetrable, una especie de fundido en ne
gro. Las ondas gravitatorias pueden venir de nuevo al rescate: existe la convicción de que en esos primeros momentos se produjeron eventos catastróficos que dejaron su huella en el entramado espaciotemporal.
OBJETIVO: SABER SI EL COSMOS SE HINCHÓ SÚBITAMENTE EN SU NIÑEZ
“Ya se está pensando en levantar constelaciones de complejos astronómicos para investigar fenómenos cercanos al big bang”, asegura García Marirrodriga. Con estos complejos más grandes y sensibles, conocidos como observatorios del big bang (BBO, por sus siglas en inglés), se podrían capturar las ondas emitidas en un momento decisivo en la infancia del cosmos: cuando, supuestamente, dio el estirón. Porque, según la teoría inflacionaria, muy poco después del gran
estallido, el tejido del espacio-tiempo duplicó varias veces su tamaño a velocidades superiores a la luz, acontecimiento que debería haber dejado un rastro.
LA TEORÍA INFLACIONARIA PODRÍA PINCHAR SI NO SE CAPTA SU HUELLA
En 2014, los científicos que dirigían el experimento BICEP2 desde un laboratorio de la Antártida dieron una falsa alarma al interpretar incorrectamente una anomalía que a la postre se trataba de simple polvo galáctico. En caso de no detectarse la firma gravitatoria de la inflación, lo que se desinflaría entonces sería el entusiasmo por una teoría que ha merecido el consenso de la comunidad científica, a pesar de las dificultades para constatarla.
La esperanza depositada en las ondas gravitatorias se remonta a 1974, cuando fue confirmada su existencia de forma indirecta. Como explica Ruiz-Lapuente, “el pulsar Hulse-Taylor (PSR 1913+16) –sistema formado por dos estrellas de neutrones que giran en torno a su centro de masas común– pierde energía y momento angular debido a la emisión de esas vibraciones. Así, al irse acercando, el periodo de revolución de las estrellas desciende: la disminución ob- servada concuerda con lo que predice la relatividad general”.
Esta confirmación sirvió para que se empezaran a plantear proyectos serios de captación directa. Físicos como el estadounidense Kip Thorne se dieron cuenta de que ciertas situaciones extremas pueden generar ondas lo suficientemente intensas como para justificar la inversión en máquinas que las registren. Así nació el proyecto LIGO, que ha costado hasta el momento unos mil millones de dólares. En Europa, desde inicios del siglo XXI también se han puesto en marcha dos observatorios: el alemán GEO600 y el italiano Virgo.
CUALQUIER MÍNIMO TEMBLOR PONE EN PELIGRO EL EXPERIMENTO
A pesar de que constituyen una proeza tecnológica, los telescopios instalados en tierra firme están lastrados por problemas como el ruido sísmico: al ser tan sensibles, captan cualquier leve sacudida, incluso la provocada por el paso de un tren en la lejanía. Estas perturbaciones, a la que se añaden los cambios de temperatura en los cristales que componen el experimento, impiden que capten señales de baja frecuencia. Por eso deben conformarse con la reverberación espaciotemporal correspondiente a los instantes más violentos -que suelen producirse al final– de
EL BAILE DE DOS ESTRELLAS DE NEUTRONES CONFIRMÓ QUE LAS ONDAS EXISTÍAN
cataclismos cósmicos como la fusión de agujeros negros.
Para sortear el problema de los temblores y ampliar el umbral de la sensibilidad de este tipo de aparatos, en Japón se está construyendo un observatorio bajo tierra, en el interior de una mina. Bautizado como Detector de Ondas Gravitatorias Kamioka (KAGRA), consiste en dos túneles de tres kilómetros de largo y estará operativo a partir de 2017 o 2018. El nuevo complejo científico incorporará elementos de precisión ultrasensibles, como cristales criogénicos, es decir, enfriados a temperaturas bajísimas. La principal misión del KAGRA será captar señales de estrellas binarias de neutrones.
Otra forma de aumentar la sensibilidad radica en alargar la longitud del interferómetro. Es el camino escogido por el Telescopio Einstein, un proyecto actualmente en estudio por la Comisión Europea y sin localización decidida. Tendría la peculiaridad de contar con tres brazos de diez kilómetros de longitud que forman ángulos de 60º entre ellos. También se construiría bajo tierra e incorporaría las últimas innovaciones en criogenización. Su precisión incluso serviría para poner a prueba –una vez más– la relatividad general de Einstein, como su nombre indica.
Pero ha sido la Agencia Espacial Europea (ESA) la que ha planteado el proyecto más original y ambicioso hasta la fecha: montar un interferómetro en el espacio, a salvo de los ruidos terrenales ajenos a las ondas. Como la ubicación no impone ningún límite, las tres naves de la misión estarán conectadas entre sí por rayos láser a una distancia de un millón de kilómetros. Aunque el proyecto original, en marcha desde 2000, tuvo que replantear y moderar sus objetivos iniciales, hoy sigue adelante con el nombre de eLISA. El pasado 3 de diciembre se lanzó con éxito al espacio la sonda LISA Pathfinder para probar sus instrumentos.
García Marirrodriga lleva doce años implicado en el proyecto LISA Pathfinder –“un precursor tecnológico de los futuros observatorios espaciales”, asegura– y, desde hace cuatro, es su director. Según nos explica, este aparato logrará registrar ondas de baja frecuencia, de 0,0001 a 0,1 hercios, cuando LIGO detecta objetos que emiten señales de entre 1 y 1.000 Hz. La interferometría láser ya forma parte del presente y el –emocionante– futuro de la astronomía. ¡Permaneced atentos!