Detectadas las ondas gravitacionales 100 años después de la predicción de Einstein
Por primera vez se han observado ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo, llamadas ondas gravitacionales, llegando a la Tierra procedentes de un evento catastrófico en el distante universo. Esto confirma una importante predicción de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein de 1915 y abre una nueva ventana sin precedentes en el cosmos.
Las ondas gravitacionales llevan consigo información acerca de sus dramáticos orígenes y sobre la naturaleza de la gravedad que no puede obtenerse de otra manera. El equipo de investigación de LIGO ha llegado a la conclusión de que las ondas gravitacionales detectadas fueron producidas durante la última fracción de segundo de la fusión de dos agujeros negros para producir un solo agujero negro más masivo en rotación. Esta colisión de dos agujeros negros había sido predicha pero nunca antes había sido observada.
Las ondas gravitacionales fueron detectadas el 14 de septiembre de 2015 a las 5:51 hora de verano del este de Estados Unidos (09:51 UTC) por los dos detectores gemelos del Observatorio por Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO, por sus siglas en inglés), ubicados en Livingston, Louisiana, y Hanford, Washington, EE.UU. Los observatorios LIGO están financiados por la National Science Foundation (NSF), y fueron concebidos y construidos, y son operados por Caltech y MIT. El descubrimiento, publicado en la revista Physical Review Letters, fue realizado por la Colaboración Científica LIGO (que incluye la Colaboración GEO600 y el Australian Consortium for Interferometric Gravitational Astronomy) y la colaboración Virgo usando datos de los dos detectores LIGO.
De acuerdo con la relatividad general, una pareja de agujeros negros orbitando uno alrededor del otro pierde energía mediante la emisión de ondas gravitacionales, produciendo un acercamiento gradual entre ambos durante miles de millones de años, y luego mucho más rápidamente en los últimos minutos. Durante la última fracción de segundo, los dos agujeros negros chocan entre sí a casi la mitad de la velocidad de la luz y forman un único agujero negro más masivo, convirtiendo una parte de la masa de ambos en energía, de acuerdo con la fórmula de Einstein E = mc2.
3 veces mayor que la masa del Sol
Esta energía se emite como una fuerte explosión final de ondas gravitacionales. Basándose en la física del choque entre dos agujeros negros, el equipo de LIGO estima que la masa de los agujeros negros de este evento era 29 y 36 veces mayor que la del Sol, y que el evento tuvo lugar hace 1.300 millones de años. Una masa aproximadamente 3 veces mayor que la del Sol se convirtió en ondas gravitacionales en una fracción de segundo, con una potencia pico de unas 50 veces la de todo el Universo visible. Estas son las ondas gravitacionales que LIGO ha observado.
El descubrimiento fue posible gracias a las capacidades mejoradas de Advanced LIGO, una importante actualización que aumenta la sensibilidad de los instrumentos en comparación con los detectores LIGO de primera generación, lo que permite un gran aumento del volumen del universo explorado y el descubrimiento de las ondas gravitacionales durante su primer periodo de observación. La National Science Foundation (NSF) de Estados Unidos lidera el apoyo financiero a Advanced LIGO. Otros organismos de financiación en Alemania (Sociedad Max Planck), Reino Unido (Consejo de Infraestructuras de Ciencia y Tecnología, STFC) y Australia (Consejo Australiano de Investigación) también han contribuido significativamente al proyecto.
Varias de las tecnologías clave que hicieron Advanced LIGO mucho más sensibles se han desarrollado y probado por la colaboración británico-alemana GEO. Recursos informáticos han sido aportados de forma significativa por el clúster Atlas del AEI Hannover, el Laboratorio LIGO, la Universidad de Syracuse y la Universidad de Wisconsin Milwaukee. Varias universidades han diseñado, construido y probado componentes clave para Advanced LIGO: la Universidad Nacional de Australia, la Universidad de Adelaide, la Universidad de Florida, la Universidad de Stanford, la Universidad de Columbia de Nueva York, y la Universidad Estatal de Louisiana.
Precisión
En cada observatorio, los interferómetros LIGO, de 4 kilómetros de largo en forma de L, utilizan luz láser separada en dos haces que van y vienen dentro de los brazos (tubos de más de un metro de diámetro guardados en un vacío casi perfecto). Los haces se utilizan para controlar la distancia entre los espejos posicionados de forma muy precisa en los extremos de los brazos. De acuerdo con la teoría de Einstein, la distancia entre los espejos cambiará una cantidad infinitesimal cuando una onda gravitacional pase por el detector.
Se pueden detectar cambios en las longitudes de los brazos más pequeños que la diezmilésima parte del diámetro de un protón (10-19 metros). Son necesarios observatorios independientes y ampliamente separados para determinar la dirección del evento que causa las ondas gravitacionales, y también para verificar que las señales proceden del espacio y no son de algún otro fenómeno local.
La investigación en LIGO la lleva a cabo la Colaboración Científica LIGO (LSC), un grupo de más de 1.000 científicos de universidades de todo Estados Unidos y de otros 14 países. Más de 90 universidades e institutos de investigación de la LSC desarrollan tecnología para el detector y analizan datos; alrededor de unos 250 estudiantes contribuyen de forma relevante a la colaboración. La red de detectores LSC incluye los interferómetros de LIGO y el detector GEO600. El equipo de GEO incluye científicos del Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Albert Einstein Institute, AEI), Leibniz Universität Hannover, junto a socios de la Universidad de Glasgow, Universidad de Cardiff, la Universidad de Birmingham, otras universidades en el Reino Unido, y la Universidad de las Islas Baleares en España.
El grupo de Relatividad y Gravitación (GRG) de la Universidad de las Islas Baleares (UIB) es el único grupo de investigación en España que ha participado en este histórico éxito científico a través de la colaboración científica LIGO y GEO. La UIB participa en la colaboración científica LIGO desde 2002, si bien la doctora Alicia Sintes, profesora del Departamento de Física, fue una de las investigadoras que intervino en la puesta en marcha de este grupo de científicos en 1997. La doctora Sintes y el doctor Sascha Husa, también profesor de la UIB y miembro del GRG, forman parte del Consejo de LIGO.
El grupo de Relatividad y Gravitación es miembro del Instituto de Aplicaciones Computacionales de Código Comunitario ( IAC3 ) de la UIB y del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC ). Tiene el apoyo del Ministerio de Economía y Competitividad (FPA2013-41042-P), la Conselleria d’Educació, Cultura i Universitats del Govern de les Illes Balears, el Fondo Social Europeo, el Fondo Europeo de Desarrollo Regional, la Red Española de Supercomputación y PRACE. Además participa en el proyecto Consolider Ingenio Multidark (CSD2009-00064) y forma parte la red Consolider: Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN – FPA2015-69037-REDC) y de las redes de excelencia: red nacional de astropartículas (RENATA- FPA2015-68783-REDT) y red temática de ondas gravitacionales (REDONGRA – FPA2015-69815-REDT).
Historia de LIGO
LIGO fue originalmente propuesto como un medio para detectar estas ondas gravitacionales en los años 1980 por Rainer Weiss, profesor de física, emérito, del MIT; Kip Thorne, que ocupa la cátedra del profesor Richard P. Feynman de física teórica de Caltech, emérito; y Ronald Drever, profesor de física, emérito, también de Caltech.
La investigación en Virgo se lleva a cabo por la Colaboración Científica Virgo, un grupo de más de 250 físicos e ingenieros pertenecientes a 19 laboratorios europeos diferentes: 6 del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia; 8 del Instituto Nacional de Física Nuclear (INFN) en Italia; 2 de Nikhef en los Países Bajos; el Instituto Wigner en Hungría; el grupo POLGRAW en Polonia; y el Observatorio Gravitacional Europeo (EGO), el laboratorio que alberga el interferómetro Virgo cerca de Pisa, Italia.
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