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El Nobel a los responsables de LIGO abre aún más nuevas perspectivas en la Astronomía de ondas gravitacionales.

Hace unos días se concedió el premio Nobel de Física a los tres principales responsables del proyecto Ligo por el descubrimiento de las ondas gravitacionales: Rainer Weiss, Barry C. Barish y Kip S. Thorne. Lamentablemente, uno de los candidatos mejor posicionado (Ronald W. P. Drever) murió el año pasado, así que no lo va a poder recibir.

Este premio Nobel se esperaba ya desde el año pasado, dada la importancia que ha representado la detección de ondas gravitacionales (OG), tanto para el avance de la Física como de la Astrofísica. Ya hay acumulados 4 casos confirmados de este tipo de eventos generados por la colisión de agujeros negros. Se espera que las nuevas actualizaciones de Ligo y Virgo permitan detectar semanalmente este y otros fenómenos que generan estas ondas de espacio predichas hace un siglo por Einstein.

En NeoFronteras hemos seguido con expectación los resultados que se han ido obteniendo durante este tiempo.

Como todos ya sabemos, 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.

Las ondas gravitacionales son muy débiles. Tan débiles que se necesitan fenómenos cataclísmicos relativamente cercanos para poder detectarlas directamente al límite de la tecnología actual. Las explosiones de supernovas o la colisión de estrellas de neutrones, por ejemplo, generan ondas gravitacionales que aquí vemos como una contracción de una fracción del tamaño de un protón sobre una escala de 1 km. Para poder medir esto se usan interferómetros láser de tamaño kilométrico (LIGO y Virgo).

Se espera, además, que en un futuro cercano se puedan detectar las colisiones de estrellas de neutrones y se pueda detectar su contrapartida electromagnética. Con ello se inaugurará la astronomía multimensajero. Quizás, con todo ello se pueda estudiar el interior de estos objetos, sus posibles terremotos y sus montañas de un centímetro y de masa planetaria. Además se podrá saber si existen o no las cuerdas cósmicas, que son defectos en forma de hilo que serían reliquias del estado de la materia durante el Big Bang, aunque pocos apuestan por su existencia.

Todo esto es y era lo esperado, pero quizás se puedan descubrir objetos o procesos sobre los que no tenemos ni idea. Como dice Szabolcs Márka de Ligo, imagina que sólo puedes ver, oler y gustar y, de repente puedes oír. Ese día sería glorioso. Esto es precisamente lo que le pasado a la humanidad. Podemos oír el Cosmos. Podemos ver lo invisible. La humanidad ha adquirido un nuevo sentido. Aunque esto no es más que una metáfora, pues no se trata de ningún sonido, sino de una onda del propio espacio, no en el espacio.

El futuro se muestra prometedor gracias a los nuevos interferómetros que se van a construir. A Virgo hay que añadir el que funcionará en India o el europeo GEO600. Cuantos más interferómetros haya, con más precisión se podrá localizar la fuente de OG en el cielo y menos ruido habrá en la señal. Gracias a ello se podrá buscar la contrapartida en visible, rayos X o gamma en la colisión de estrellas de neutrones.

Pero el interferómetro de Ligo en Louisiana está demasiado cerca de la civilización, por lo que los chicos de LIGO tienen que vérselas con todo tipo de vibraciones de origen humano.

Pero los investigadores esperan construir la siguiente generación de interferómetros en sitios más aislados y con un tamaño aún mayor. Una de esas localizaciones es la mina Kamioka en Japón, en donde se está construyendo ya KAGRA (Kamioka Gravitational Wave Detector). Se espera que esté operativo en 2018. Aunque sus brazos sólo medirán 3 km frente a los 4 de Ligo, sus espejos criogénicos permitirán alcanzar la misma sensibilidad.

Un consorcio europeo pretende construir el telescopio Einstein en la próxima década. Este interferómetro subterraneo costaría ente 1 y 2 mil millones de euros. Sería criogénico y sus brazos en forma de triángulo equilátero (en lugar de la típica L) medirían 10 km.

Un instrumento de este tipo permitiría detectar colisiones de enanas blancas, sistemas lentos de estrellas de neutrones y agujeros negros de masas de cientos a miles de soles.

Para longitudes de onda mayores, este tipo de interferómetros no son suficientes. Pero hay trucos. Ya se están usado radiotelescooios para detectar OG de gran longitud de onda. Para ello se apunta a diversos púlsares de milisegundo. Con ellos se pueden establecer grandes distancias. Si una OG cruza la zona de universo definida por estos brazos virtuales entonces se produce una pequeña variación en la diferencia de tiempos de llegada de los pulsos recibidos de los púlsares y saber así las características de esa OG que ha cruzado esa región del Cosmos. La colisión de galaxias y los agujeros negros supermasivos deberían de producir OG detectables por este método.

Aunque todos esperan operar este tipo de interferómetros en el espacio. Para ello se necesitarían 3 cuerpos flotantes que hicieran de espejos y definieran un triángulo. Cada lado mediría millones de kilómetros.

El proyecto LISA de la ESA es uno de estos interferómetros. Es un proyecto que se ha modificado varias veces y del que la NASA se ha descabalgado y apuntado reiteradamente. Pero el éxito de la misión LISA Pathfinder hace pensar que ahora sí contará con la financiación de ambas agencias. Se está pensando en un sistema con 5 millones de km por brazo. Algo así permitiría detectar las OG emitidas por cualquier par de agujeros negros supermasivos que colisionaran a los pocos cientos de millones de años tras el Big Bang. Pero no es una tarea nada fácil que un sistema sea capaz de medir con picómetros de precisión en 5 millones de kilómetros después de haber sido lanzado en cohete en vibración.

Un sistema aun mayor denominado Big Bang Observer, de difícil cuantificación en cuanto al costo, no se espera que se puedan confuir antes de 100 años, pero podrían revelar los primeros momentos de la inflación que supuestamente se produjo durante el Big Bang y que habría producido una onda gravitacional estocástica de fondo, un equivalente al fondo cósmico de microondas (FCM), pero en OG en lugar de onda de radio. Esto permitiría saltar 380.000 años tras el FCM, pues el FCM representa una barrera tras la cual no podemos ver en ondas electromagnéticas, pues en esa época el Universo no era transparente.

Sin duda se acercan tiempos excitantes.

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Fuentes y referencias:
Foto: NASA