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Actualizan LIGO

Área: Física — Domingo, 28 de junio de 2015

La actualización de sistema LIGO hará que sea 10 veces más sensible que el proyecto original en la detección de ondas gravitacionales.

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Las ondas gravitacionales llevan ya mucho tiempo resistiéndose a ser detectadas.
Incluso el resultado de BICEP2, que supuestamente había inferido la presencia de ondas primordiales de este tipo generadas durante la inflación cosmológica en el fondo cósmico de microondas, no tenía las fuentes de errores totalmente filtradas (en este caso polvo galáctico), por lo que no se puede afirmar todavía que se hayan detectado. Así que habrá que esperar a BICEP3, ya en funcionamiento, para saber si se pueden detectar o no ondas de este tipo mediante este proceso.
Las ondas gravitacionales se desprenden de manera natural de la Relatividad General. De la misma manera que una carga eléctrica acelerada emite ondas electromagnéticas, una masa acelerada produce ondas gravitacionales. Pero las ondas gravitacionales no son ondas que se transmitan dentro del espacio, como les pasa a las electromagnéticas, sino que son distorsiones del propio espacio en propagación.
Un automóvil que se estrelle contra un muro emitirá este tipo de ondas. Lo malo es que las ondas gravitacionales son muy débiles. Tan débiles que se necesitan fenómenos cataclísmicos cercanos para poder detectarlas directamente al límite de la tecnología actual. Las explosiones de supernovas o la colisión de estrellas de neutrones, por ejemplo, generarían ondas gravitacionales que aquí veríamos como una contracción de una fracción del tamaño de un protón sobre una escala de 1 km.
Indirectamente tenemos pruebas de su existencia. El pulsar binario Hulse-Taylor consiste en dos estrellas de neutrones orbitando muy cerca una de la otra y alrededor de su centro de masas. La órbita de estas estrellas va cambiando en el tiempo como debido a una pérdida de energía. Pero la única pérdida de energía que se cree posible en este caso consiste es la emisión de ondas gravitacionales. Lo más bonito es comprobar que el monto de pérdida de energía por este medio es igual a lo predicho por la Relatividad General.

Pero la detección directa se resiste. Uno de los métodos empleados para su detección es un sistema interferométrico. Un haz láser recorre varias veces los dos brazos en forma de L de un interferómetro hasta que se le hace interferir consigo mismo. Si un frente de ondas gravitacionales pasa por el dispositivo alargará y contraerá los brazos de tal modo que, aunque sea en una distancia minúscula, su efecto acumulado haga cambiar el patrón de interferencia.
Esta es la idea que hay detrás de LIGO. Como se desea saber la dirección de la que procedan las ondas gravitacionales que se detecten se necesitan varios de estos sistemas. Hay dos en los EEUU uno en Louisiana y otro en el estado de Washington. Cada brazo de estos interferómetros mide 4 km y consisten en tubos al vacío por los que circula el haz láser con espejos en sus extremos.

Hasta el momento no han conseguido detectar estas ondas con LIGO, pero esto quizás cambie pronto.
LIGO empezó a operar en 2001 y se paralizaron las observaciones en 2010 para actualizarlo.
Se ha terminado ya la actualización del hardware de estos interferómetros gracias a una inversión de 200 millones de dólares. Se espera que comiencen a operar en los próximos meses. Esta actualización aumenta la sensibilidad de estos instrumentos.
Se esperan los primeros datos en septiembre con una sensibilidad que será un tercio de la sensibilidad final, que se espera que sea 10 veces mejor que la original. Aunque alguno de los físicos implicados cree que antes de que se alcance la sensibilidad máxima ya se detecten las primeras ondas gravitacionales.
Si es así tienen el premio Nobel asegurado. Y todo por sólo 200 millones de dólares más.

Copyleft: atribuir con enlace a http://neofronteras.com/?p=4713

Fuentes y referencias:
Noticias de LIGO.
Foto: LIGO.

Salvo que se exprese lo contrario esta obra está bajo una licencia Creative Commons.
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8 Comentarios

  1. lluís:

    – ¿Puede producir ondas gravitacionales un automóvil acelerado estrellándose contra un muro?. Es evidente que un automóvil tiene masa y por tanto gravedad, pero si se necesitan, para poderlas medir, dada su gran debilidad, grandes eventos cósmicos como colisiones de estrellas de neutrones o de agujeros negros o explosiones de supernova, es de esperar que las ondas gravitatorias producidas por la colisión del automóvil con el muro tendrían una energía sinó nula, practicamente despreciable y supongo que no se podría medir con ningún interferometro

  2. NeoFronteras:

    Sí, las ondas gravitacionales de un automóvil al estrellarse contra un muro son y serán inmedibles. si existen sólo las detectaremos de fenómenos cósmicos cataclísmicos.

  3. tomás:

    O sea que las ondas gravitacionales en el espacio se comportan como las del sonido en un medio material -deduzco-.

    De las dos estrellas solo una es púlsar, pero no comprendo cómo puede decirse que sólo pueden perder energía por medio de las ondas gravitacionales, ya que la emisión de energía del pulsar ha de ser enorme.

  4. lluís:

    -Pues más bien no, tomás. Las ondas gravitacionales no se comportan como las del sonido en un medio material. Las ondas gravitacionales no ” van a través del espacio”. Deforman el propio espaciotiempo que es cosa diferente.
    – Un saludo, amigo.

  5. tomás:

    Veamos, amigo “lluís”, a ver si comprendo la diferencia o defiendo mi concepto; ya veremos. En la propagación del sonido, el medio material se deforma en la misma dirección y sentido que el sonido; o sea, en forma de ondas longitudinales. En el medio inmaterial del espacio las ondas gravitacionales también deforman el espacio: “… son distorsiones del propio espacio…” -última línea del párrafo 3º-. Pienso que el espacio-tiempo ya está deformado por la presencia de masas, pero, en esa estructura “estable”, cuando se produce un evento de suficiente magnitud, se producen deformaciones que se transmiten deformando esa estructura a la velocidad de la luz; estructura que vuelve a su estado originario un vez ha pasado la onda si ésta es única, pero que si se repite, va sumando deformaciones que, si cesasen, devolverían el espacio a su antiguo estado, salvo que hubiese variado la distribución de masas.
    Me refuerza esta opinión las frases que destaco: “Un automovil que se estrelle contra un muro emitirá este mismo tipo de ondas”; “Las explosiones de supernovas… generarían ondas gravitacionales que aquí veríamos como una contracción del tamaño de un protón sobre una escala de 1 km”, ambas del mismo párrafo 4º. “Si un frente de ondas gravitacionales pasa por el dispositivo alargará y contraerá los brazos de tal modo que, aunque sea una distancia minúscula, su efecto acumulado…”, párrafo bajo la 2ª ilustración (primer vídeo).
    También me afirma el que se precisen varias instalaciones para determinar la dirección de las ondas y la del fenómeno que las produce, lo que no sucede con las ondas electromagnéticas, pero sí con las del sonido.
    En resumen, que según yo lo concibo, la onda gravitacional contrae la “estructura” del espacio y, cuando ha pasado, ésta vuelve a su estado anterior. Y esto es lo que sucede con cualquier medio en el que se propaga el sonido.
    Veo que he defendido mi concepto, pero, al releer tu 4, observo que nunca he dicho que las ondas vayan a través del espacio. No sé por qué me parece que, en realidad, estamos de acuerdo.

    Pero no me dices nada de la pérdida de energía.
    Un fuerte abrazo y gracias por tu intención didáctica.

  6. lluís:

    -Una cosa es un medio material y otra el propio espaciotiempo, una onda de sonido no deforma el tiempo, una onda gravitacional, sí lo deformaría. En cuanto a que una onda de sonido deforma el medio material, quizá deberíamos aclarar que se entiende por deformación. Una onda de sonido no creo que deforme nada, en sentido estricto. En todo caso puede producir una vibración u oscilación en el medio material, que incluso, si la onda de sonido entra en resonancia con el medio puede romper ese medio.Pero esto no me parece que tenga mucho que ver con la deformación del espacio-tiempo.
    -Por otra parte no veo demasiado claro que pinta aquí el asunto de la pérdida de energía.
    – Otra abrazo para ti, tomás.

  7. NeoFronteras:

    Pueden establecerse metáforas o analogías con el sonido, pero son completamente distintas al ser las OG propias del espacio, no en el espacio.
    Además, hay modos de vibración que están ausentes en el sonido. Aunque puede haber ondas sonoras transversales, hay modos de vibración de las OG que no están presentes en el sonido.

  8. tomás:

    ¡Por supuesto, amigo “lluís”, que -como dice Neo- lo mío es una analogía! Y claro que han de ser completamente distintas las OG que las de sonido. ¿Cómo voy a decir que tenga la misma condición un medio material que el espacio? ¿Cómo voy a pretender que el sonido deforme el espacio?
    Una onda de sonido se transmite en el medio material desplazando las moléculas de forma que “chocan” con las más próximas, les transmiten su energía y vuelven a su estado original. Así, hay transmisión de energía sin desplazamiento de materia. Y, naturalmente, todo el mundo sabe que el sonido no se transmite en el vacío.
    Pero podemos imaginar una estructura del espacio. Podría ser las infinitas líneas que trazasen las ondas electromagnéticas; paralelas en las direcciones cartesianas. Ya sé que eso no es así porque todas ellas provienen de un origen y existen muchos y muy diversos; además las electromagnéticas no pertenecen al espacio, sino que lo atraviesan, pero podemos imaginarlo. Si una masa deforma el espacio haciendo que la onda electromagnética se desvíe, me gustaría saber si un tren de OG influirían en la dirección de la onda electromagnética. Pienso que sí, puesto que ésta se mueve en un espacio que ha “vibrado”. “Las ondas gravitacionales… son distorsiones del propio espacio en propagación” -fin del 3º párrafo-.

    En cuanto a la instalación del proyecto LIGE, me pregunto si la deformación del espacio afectará a los brazos de la instalación o a los rayos láser, que me parece más aceptable, aunque el artículo parece referirse a los brazos.

    En cuanto a lo de la energía, un pulsar pierde gran cantidad de energía electromagnética; no sólo gravitacional; a eso me refiero, amigo “lluís” al leer el párrafo 5º del artículo.

    Y gracias por vuestra discusión, “lluís” y Neo.

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