Con el vacío hacia el Premio Nobel - Grandes tubos de vacío ayudan a demostrar la existencia de las ondas gravitatorias

Con el vacío hacia el Premio Nobel - Grandes tubos de vacío ayudan a demostrar la existencia de las ondas gravitatorias

Hace más de un siglo, Albert Einstein ya había afirmado la existencia de las ondas gravitatorias. Pero su existencia no se demostró realmente hasta 2015. Como detectores se utilizaron dos tubos de vacío kilométricos.

Del mismo modo que una piedra lanzada al agua crea ondas en su superficie, las ondas gravitatorias expanden y comprimen el espacio. Esta creación de ondas en el espacio-tiempo se debe a cataclismos cósmicos como la explosión de una estrella o la colisión con un agujero negro. Las ondas gravitatorias se extienden a la velocidad de la luz. Al menos eso es lo que Albert Einstein predijo en 1915, cuando presentó su teoría general de la relatividad. 

Sin embargo, la existencia de estas ondas misteriosas fue puramente teórica hasta 2015, ya que se trata de un fenómeno extremadamente difícil de medir. Estas ondas alteran el espacio durante un breve instante, y no afectan ni siquiera a una fracción del diámetro de un átomo. El choque de dos agujeros negros enormes nos facilitó la prueba directa de las ondas gravitatorias cien años después de predecirlas.

Dispositivos de medición kilométricos

Estas ondas habían alterado el espacio-tiempo durante dos mil millones de años antes de alterar casi imperceptiblemente la forma del espacio-tiempo en la Tierra el 14 de septiembre de 2015. Dos detectores idénticos de LIGO (Observatorio de ondas gravitatorias por interferometría láser) situados a 3000 kilómetros de distancia fueron capaces de registrar su señal en Estados Unidos.

Cada uno de ellos está formado por dos tubos en un ángulo de 90 grados. Uno de ellos mide dos kilómetros y el otro cuatro. En el punto en el que se encuentran los dos lados se emite un rayo láser que un divisor de haz divide por la mitad. Cada una de las mitades del haz pasa por cada uno de los tubos. Unos espejos de reciclaje de energía garantizan que la luz viaje hacia atrás y hacia delante muchas veces antes de volver al divisor de haz habiendo recorrido una distancia de 1120 kilómetros. Si una onda gravitatoria pasa por el espacio, un brazo del interferómetro se expande, mientras que el otro se comprime. Esto provoca un cambio detectable en la intensidad del rayo láser. 

Vacío y precisión en la medición 

Para garantizar que los dispositivos de medición sean capaces de funcionar sin ningún fallo, los tubos se encuentran a una presión un billón de veces mayor que la presión del aire en el nivel del mar. Para ello, los tubos se calientan durante 30 días, tras lo cual el aire se extrae con bombas de vacío de alto rendimiento. Por último, se utilizan bombas de iones para extraer las moléculas de gas restantes. En el ultravacío obtenido no hay moléculas de aire que puedan desviar el rayo láser ni provocar vibraciones en los espejos, ni hay polvo que pueda difuminar la luz.

En febrero de 2016, después de llevar a cabo cálculos extensivos, los científicos involucrados en el proyecto anunciaron que habían logrado registrar la señal de las ondas gravitatorias y confirmaron la teoría de Einstein. Por su trabajo en este proyecto, los pioneros Rainer Weiss, Barry C. Barish y Kip Thorne recibieron el Premio Nobel de la Física en 2017.


Desde esta primera medición en 2015, los investigadores han registrado otras ondas en el espacio-tiempo. La última se detectó el 14 de agosto de 2017. Esta onda fue registrada por Virgo, un detector con una estructura similar situado cerca de Livorno, Italia, que ha comenzado a cooperar con LIGO recientemente. La fuente fue una colisión estelar que tuvo lugar a unos 1800 millones de años luz de distancia. Los investigadores esperan conseguir nueva información sobre la historia y las propiedades físicas del universo que hasta ahora era inaccesible. Además, los detectores podrían ser capaces de encontrar indicios de materia oscura, aunque esto no tiene realmente nada que ver con las ondas gravitatorias.

A día de hoy, la existencia de la materia oscura sigue siendo únicamente un postulado teórico, como lo era la existencia de las ondas gravitatorias hasta hace poco. Los astrofísicos se basan en los resultados y los cálculos de sus mediciones para concluir que las galaxias habrían sido destruidas por la fuerza centrífuga de su rotación si no existiera la materia oscura. Su masa debe ser unas cinco veces mayor que la materia visible.

Con los detectores LIGO y Virgo, los astrónomos no solo pueden localizar agujeros negros, sino también «oír» lo que estos tienen que decir acerca del nacimiento de las galaxias. Una teoría sobre la materia oscura afirma que está formada por agujeros negros «primordiales» creados por el Big Bang. Aunque esta hipótesis representa una opinión minoritaria entre los físicos, los detectores gravitatorios pueden ofrecer datos capaces de confirmarla o de refutarla para que la ciencia pueda centrarse en otros modelos explicativos.


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