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Aumentar tamaño del texto Disminuir tamaño del texto Partir el texto en columnas Ver como pdf 10-10-2017

Albert Einstein, las ondas gravitacionales, una sofisticada contrastacin experimental y la obtencin del Nobel de Fsica de 2017

Salvador Lpez Arnal
Rebelin


Es un intento de divulgacin. Nada nuevo para personas ya puestas en la materia. Me baso en artculos de diarios y de revistas. Algunos de ellos, llevan la firma de Nuo Domnguez. En mi opinin, uno de los mejores divulgadores cientficos de nuestros pas. Tambin en una nota del fsico de la UAM Juan Garca-Bellido.

Las ondas gravitacionales [OG]

Son vibraciones en el espacio-tiempo, el material del que est hecho el universo. En 1916, Albert Einstein predijo que, segn su teora general de la relatividad [TGR], los cuerpos ms violentos del cosmos -las explosiones estelares en supernovas, las parejas de estrellas de neutrones, la fusin de dos agujeros negros supermasivos, la fuente ms potente de estas ondas- liberan parte de su masa en forma de energa a travs de estas ondas que tienen ms energa que billones y billones de bombas atmicas. El fsico con extenso expediente del FBI crey tambin, creencia que ahora sabemos que es errnea, que no sera posible detectarlas debido a que se originan en lugares muy distantes. Seran imperceptibles al llegar a nuestro planeta.

Las OG, la metfora ha sido muy usada, son comparables a las ondas que se mueven en la superficie de un estanque o al sonido en el aire. Deforman el tiempo y el espacio y, en teora, viajan a la velocidad de la luz. Su paso puede modificar la distancia entre planetas de forma muy leve. Las frecuencias de algunas de estas ondas coinciden con las del sonido.

Las OG abren una nueva era en el conocimiento del universo. Toda la informacin que tenemos del cosmos -se cree que solo conocemos el 5%- es por la luz en sus diferentes longitudes de onda: visible, infrarroja, ondas de radio, rayos X, etc. Las OG nos dan, digamos, un sentido ms y nos permiten saber qu est pasando all donde hasta ahora no veamos nada.

Tambin permiten saber si la Teora General de la Relatividad se mantiene vigente en los rangos de presin y gravedad ms intensos que pueden concebirse O no, por supuesto.


LIGO

El Observatorio de Interferometra Lser de Ondas Gravitacionales (LIGO), en EE UU, capt en 2015 las ondas producidas por la fusin de dos agujeros negros. La primera vez que se captan OG, un siglo despus de que Einstein predijera su existencia.

Slo existan pruebas indirectas de su existencia. En 1978, Rusell Hulse y Joseph Taylor demostraron que un plsar binario -dos estrellas orbitando juntas, una de ellas un plsar- estaban cambiando ligeramente su rbita debido a la liberacin de energa en forma de OG en una cantidad idntica a la que predeca la TGR. Ambos ganaron el Nobel de Fsica en 1993. Las teoras de Einstein dan para muchos premios como vemos.

Diez aos despus, en 2003, se confirm que lo mismo sucede con otra pareja estelar, en este caso de dos plsares.

El LIGO es un gran instrumento ptico de precisin desarrollado por los institutos tecnolgicos de California (Caltech) y Massachusetts, (MIT) y la Colaboracin Cientfica LIGO, en la que participan unos 1.000 investigadores de muchos pases (Espaa incluida). La instalacin consta de dos detectores lser con forma de L. Cada brazo de esa L tiene 4 kilmetros y hay dos detectores idnticos, uno en Luisiana y otro a unos 3.000 kilmetros, en el estado de Washington. LIGO puede identificar variaciones equivalentes, no hay error en la medida, a una diezmilsima parte del dimetro de un tomo. Es la medicin ms precisa jams lograda por un instrumento cientfico.

Se necesitan al menos dos detectores. Para qu? Para evitar los falsos positivos causados por cualquier vibracin local como terremotos, trfico o fluctuaciones del propio lser. Al contrario que todos ellos, este es un punto importante, una OG causar una perturbacin exactamente igual en Luisiana que en Washington.

Con la configuracin actual, LIGO puede ver-detectar a una distancia de unos 1.000 millones de aos luz de la Tierra (1.000 x 1.000.000 * 365* 84.600 * 300.000 kms = 9.263.700.000.000.000.000.000 de km). Se cree que LIGO alcanzar su mxima potencia en 2020.


El descubrimiento de la primera seal de OG.

Los responsables del LIGO anunciaron en 2016 que haban captado las ondas producidas por el choque de dos agujeros negros. El anuncio se hizo en una conferencia de prensa celebrada en Washington. Los resultados cientficos fueron aceptados para su publicacin en Physical Review Letters. "Seoras y seores, hemos detectado las ondas gravitacionales. Lo hemos conseguido", exclam el director ejecutivo del LIGO, David Reitze. "Hemos tardado meses en ver que realmente eran las OG, pero lo que es verdaderamente emocionante es lo que viene despus, abrimos una nueva ventana al Universo".

La primera seal se capt el 14 de septiembre de 2015 en los dos detectores idnticos de este experimento, situados como se dijo a unos 3.000 kilmetros de distancia. La seal vena de una fusin que sucedi hace 1.300 millones de aos, fruto del violento abrazo de dos agujeros negros cuya masa era entre 29 y 36 veces mayor a la del Sol. Los dos agujeros se fundieron en uno liberando una energa equivalente a tres masas solares, que sali despedida en forma de OG en una fraccin de segundo.

Este proceso de masa transformndose en energa en fracciones de segundo lo describe la ecuacin ms famosa de la historia de la ciencia E=mc2. El hallazgo abre un nuevo camino en astronoma. Estas ondas, como se dijo, son comparables al sonido y permiten estudiar objetos que eran totalmente invisibles hasta ahora.

Nuestros odos empiezan a escuchar la sinfona del universo.

Este tipo de seales mostrarn si estos violentsimos sucesos ocurren tal y como predice la teora de la relatividad de Einstein o si debemos buscar otra nueva para entenderlos.

La deteccin de OG gana el Nobel de Fsica 2017.

Los cientficos estadounidenses Rainer Weiss, Barry Barish y Kip Thorne han ganado el Premio Nobel de Fsica 2017 por su trabajo en LIGO. El jurado ha reconocido a los cientficos por un "descubrimiento que sacudi al mundo", ha sealado Gran Hansson, el secretario general de la Real Academia de Ciencias Sueca, al anunciar el fallo del jurado.

Los tres fsicos, junto al resto de la colaboracin internacional del experimento, tambin recibieron este ao el Premio Princesa de Asturias por su papel en el Observatorio de Interferometra Lser de Ondas Gravitacionales.

El jurado de la academia sueca ha reconocido a Rainer Weiss como uno de los pioneros en el diseo de los primeros interfermetros lser cuyos haces de luz estaban especialmente concebidos para vibrar al paso de una leve onda gravitacional, un trabajo que inici a finales de los aos 60 en el Instituto de Tecnologa de Massachusetts. Unos aos despus, el fsico terico Kip Thorne comenz a trabajar en el diseo de dispositivos similares en el Instituto de Tecnologa de California. Ambos proyectos quedaron unidos en el actual LIGO, cuya construccin fue aprobada en 1990. Barry Barish, el tercer premiado, lider la etapa de edificacin y puesta en marcha de los dos grandes interfermetros del proyecto, que estn separados, como se coment, por ms de 3.000 kilmetros para maximizar las probabilidades de captar una seal. Tambin fue quien dio al proyecto su actual proyeccin internacional. Ms de 1.000 cientficos de 20 pases -incluida Espaa a travs del grupo de gravitacin y relatividad de la Universidad de las Islas Baleares que lidera Alicia Sintes- han contribuido en esta gran hazaa cientfica.

El fsico de la UAM, Juan Garca Bellido, ha explicado lo sucedido en los siguientes trminos:

1. Dos enormes interfermetros en Washington y Luisiana detectaron el pasado 14 de septiembre de 2015, por primera vez en la historia, la emisin de ondas gravitacionales generadas en los ltimos instantes de la fusin de dos agujeros negros de unas 30 masas solares cada uno, abriendo una nueva era de la astronoma y la cosmologa.

2. El 11 de febrero de 2016 se pudo seguir en directo la rueda de prensa que los fundadores del experimento, Reiner Weiss, Ronald Drever y Kip Thorne, dieron en Washington, en la sede de la National Science Foundation estadounidense, describiendo la deteccin de la seal inequvoca, por lo que los investigadores de la colaboracin LIGO saban que estaban ante un hito de la historia de la ciencia.

3. Si el siglo XX fue el siglo de la exploracin del universo gracias a las ondas electromagnticas de todas las frecuencias de radio a los rayos gamma, este siglo XXI seremos capaces de explorar el universo con una nueva sonda, las ondas gravitacionales. Nos va a permitir explorar la naturaleza de la materia oscura y la energa oscura. En concreto, la emisin de ondas gravitacionales es tan precisa que podemos calibrar las fuentes con nuestros conocimientos de relatividad general y, por tanto, podemos usar estos eventos de fusin de agujeros negros como sirenas estndar para determinar con precisin las distancias a las galaxias lejanas, similar a lo que hacemos ahora de forma rutinaria con las supernovas. De esta manera, prosigue Garca-Bellido, es posible deducir el contenido de materia y energa que da lugar a la expansin acelerada del universo, y descubrir, por ejemplo, la naturaleza del campo responsable de dicha aceleracin.

4. La precisin de las medidas hechas por estos detectores es tan extraordinaria que podemos usar estas observaciones para testar la teora de la relatividad general en rgimen de campo fuerte y plantearnos la posibilidad de que en un futuro detectemos pequeas desviaciones respecto a las predicciones de la relatividad general. Si fuera as, se tendra la necesidad de buscar una teora de la gravedad ms all de la actual, posiblemente con nuevos efectos de gravedad cuntica.

5. El avance tecnolgico que ha sido necesario para llegar a construir el experimento LIGO ser el precursor de desarrollos an ms novedosos, con nuevos materiales y tecnologas, para explorar la deteccin de ondas gravitacionales a todas las frecuencias posibles, incluso aquellas que podran darnos informacin de los primeros instantes del universo y de la naturaleza de la materia oscura.

Acabamos de entrar en una nueva era cientfica, en opinin de Juan Garca-Bellido. Que as sea y que la paz la acompae, que el armamento nuclear sea destruido y que el humanismo bien entendido sea su gua. Ciencia para la emancipacin humana, no para su destruccin!



Rebelin ha publicado este artculo con el permiso del autor mediante una licencia de Creative Commons, respetando su libertad para publicarlo en otras fuentes.



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