Astronomía y ondas gravitacionales
Por Tania Robles
Ciudad de México. 15 de marzo de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- El descubrimiento de las ondas gravitacionales causó gran revuelo entre instituciones de investigación y el mundo en general. En México no fue la excepción, pues se celebraron diversos eventos para dar a conocer a la población este importante hallazgo que ha cambiado el rumbo y visión de científicos.
Ubicación aproximada del origen de las ondas gravitacionales detectadas el 14 de septiembre de 2015. Imagen: Caltech/MIT/LIGO Lab.
En el Instituto de Astronomía (IA) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) existen investigaciones que por su temática dentro de la astrofísica resultaron impactadas por este suceso. El doctor en astrofísica adscrito a dicho instituto, Sergio Mendoza Ramos, platica acerca del efecto que este hallazgo tiene sobre sus investigaciones.
Antes de comenzar
Primero, es necesario conocer qué son las ondas gravitacionales. Se trata de ondulaciones del espacio, generalmente del espacio-tiempo, que se propagan a la velocidad de la luz en el vacío, es decir, que su velocidad es de 300 mil kilómetros por segundo a través del espacio. Estas ondulaciones se producen en el tejido constituyente del espacio y se producen por oscilaciones gravitacionales de cuerpos masivos en el mismo, dijo Mendoza Ramos.
¿Y cómo fueron descubiertas? El doctor cuenta: "Hacia la década de 1970 es cuando su existencia fue inferida por Joseph Hooton Taylor Jr. y Russell Allan Hulse, al observar un par de estrellas de neutrones orbitar una alrededor de la otra. Esto resultó en que el movimiento orbital de un sistema binario produce ondas gravitacionales, así como la pérdida de energía radiada en forma de dichas ondas hace que la separación entre los sistemas binarios se disminuya".
Lo observado, es decir, el acercamiento entre ambas estrellas debido a la radiación gravitacional, les valió el Premio Nobel de Física en 1993.
LIGO
Recientemente, en febrero de 2016, se publicaron y dieron a conocer resultados detectados a finales de 2015 que afirman el hallazgo directo de las ondas gravitacionales. Esto se realizó con ayuda del par de interferómetros Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) ubicados en Hanford y Livingston, en Estados Unidos.
Su funcionamiento está basado en la detección de movimientos oscilatorios causados por el paso de las ondas gravitacionales por la Tierra que son reflejadas en el interferómetro. Esta señal es lo suficientemente grande para ser considerada como ruido natural producido alrededor del detector.
Este fenómeno fue captado con LIGO, y para comprobar la fuente que produjo las oscilaciones detectadas es necesario modelar las probables fuentes binarias que dan lugar a estas, todo de manera teórica y numérica con el uso de sofisticados equipos de cómputo robusto.
La detección de las ondas gravitacionales que permitieron este importante suceso corresponde a la observación de los momentos finales, los últimos 0.2 segundos, en la colisión de un par de agujeros negros de 26 y 36 masas solares, a una distancia aproximada de 1.3 mil millones de años luz de la Tierra. Estos datos se infieren gracias a la precisión del oscilador del detector LIGO que causó este efecto en tan solo una milésima parte del tamaño de un protón.
Implicaciones en la investigación del IA
Existen muchas investigaciones que podrían ser beneficiadas y factibles gracias a este descubrimiento. Específicamente, Mendoza Ramos menciona que en el IA se ha estado analizando la existencia de agujeros negros supermasivos binarios en el centro de algunas galaxias, cada uno con características que van desde algunos millones hasta miles de millones de masas solares.
En algunas de estas galaxias, eventualmente estos agujeros negros se fusionarán y serán enormes fuentes de radiación gravitacional u ondas gravitacionales que será posible detectar en la Tierra. El investigador comenta que su tarea como astrofísicos es buscar cuáles son estos agujeros negros supermasivos binarios que serán capaces de fusionarse en los próximos años para así poder prevenir la observación de las ondas gravitacionales procedentes de estos lejanos sitios.
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Por el momento y en los próximos años, esta detección servirá también para poner a prueba la teoría gravitacional de Albert Einstein en campo fuerte, comenta el doctor. Esto será generalmente analizando los últimos momentos antes de que un sistema de objetos compactos como agujeros negros o estrellas de neutrones se fusionen. Para esto, el resultado positivo de las detecciones obtenidas servirá también para solidificar la teoría general de la relatividad de Einstein ante cualquier otra alternativa en el régimen fuerte de la gravitación.
En el caso de detección de ondas gravitacionales para las extensiones gravitacionales que el doctor Mendoza Ramos y sus colegas han trabajado, estos resultados podrían tardar años para su detección, pues las ondas que se producen cuando las interacciones gravitacionales son excesivamente débiles, son muy pequeñas y difíciles de percibir.
“El hallazgo reciente de las ondas gravitacionales es, sin duda, uno de los más importantes descubrimientos de todos los tiempos. Una nueva ventana en la astronomía se ha abierto: la ventana de la radiación gravitacional”, concluye el doctor Sergio Mendoza Ramos.
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