ONDAS GRAVITATORIAS, EL “REDESCUBRIMIENTO” CONSTANTE

Existe el concepto generalizado de gravedad como aquella fuerza que atrae a dos objetos que poseen masa, ya sea la que existe entre dos planetas que se atraen o la que nos hace man­tener los pies pegados al suelo. Este concepto, para nada erró­neo, es la descripción que dió Newton en 1687 y que se ha mantenido hasta nuestros días.

Sin embargo, Einstein, que en 1915 junto con el matemático Minkowsky había integrado las coordenadas de tiempo con las de espacio en un mismo objeto matemático en su teoría de la relatividad (contradiciendo la teoría de Newton que los trataba como dos objetos totalmente ajenos) introduce un nuevo con­cepto para entender la gravedad.

Partiendo de la base del concepto espacio­tiempo que había desarrollado uniendo las tres coordenadas del espacio y la del tiempo, Einstein expone que este escenario en el que se encuentra todo y que está en todas partes se ve afectado por la materia y la energía que contiene y viceversa, deformándose ambos. De esta manera, como el contenido de materia o energía deforma el continuo espacio­tiempo, la existencia de grandes masas, como por ejemplo una estrella, deforma el entorno de espacio­tiempo en el que se encuentra y, de esta forma, los planetas que orbitan a su alrededor no lo hacen por la fuerza de la gravedad como la concebíamos, si no que lo hacen debido a que caen en esta deformación en torno a esta gran masa. Viéndolo en un ejemplo sencillo, imaginemos una esfera con cierto peso en el centro de una cama elástica. Cuando hagamos rodar otra esfera menor en esa cama elástica defor­mada, esta girará en torno a la primera hasta ser atraída hasta ella.

Esta nueva teoría que introduce Einstein no invalida la teoría de Newton, sino que es una generalización que la engloba (para la tranquilidad de algunos, nadie va a acabar deformado por el espacio­tiempo que le rodea, ni nadie tiene la masa suficiente para deformarlo). La teoría de la gravedad de Newton es una particularización de esta nueva teoría (matemáticamente es demostrable como un límite determinado de sus ecuaciones) que podemos seguir utilizando en los casos en los que la defor­mación, o la gravedad, es débil, es decir, que la velocidad de escape necesaria para salir de la atracción gravitatoria sea menor de 30.000 km/s, la décima parte de la velocidad de la luz. A partir de este nuevo concepto de gravedad, teniendo ya clara la idea de este nuevo escenario espacio­tiempo deformable y no rígido, podemos introducir el concepto de onda gravitatoria. Estas ondas no son más que la propagación de las deformaciones creadas en el espacio­tiempo a través de él. Para hacernos una idea de lo que ocurre con una gran masa o energía en el Universo y cómo afecta la deformación que crea, imaginemos una piedra que lanzamos en una balsa de agua y las olas que se generan tras el impacto con la superficie. En el caso del Universo, éste sería el agua, el impacto de la piedra con el agua sería un fenómeno muy energético, como la explosión de una supernova o el choque de dos agujeros negros, y las olas serían las ondas gravitatorias de la  deforma­ción desplazada.

Esta teoría matemática que el genio alemán desarrolló en 1916 sobre la existencia de las ondas gravitatorias se comprobó a nivel observacional años después, en 1974. Utilizando el radiotelescopio de Arecibo en un sistema de dos estrellas en el que una gira alrededor de la otra, se detectó que, debido a la perdida de energía que ocasionan las ondas gravitatorias, éstas se aproximarían la una a la otra hasta terminar chocando. Si volvemos a nuestro ejemplo simplificado de la cama elástica, entendemos fácilmente que la esfera de menor masa gira en la deformidad, en torno a la de mayor masa, hasta que acaba colisionando con la primera. Este acercamiento correspondía perfectamente a los cálculos que Einstein había realizado medio siglo antes y siguiendo estos cálculos se estimó que esta colisión se dará dentro de aproximadamente 300 millones de años. Esta observación ganó el Premio Nobel de Física en 1993 debido a la detección indirecta de las ondas gravitatorias.

Hasta hace un año aproximadamente, esto era todo lo que se conocía sobre las ondas gravitacionales, se sabía que existían, pero no se habían detectado en ninguna ocasión. Por ello, se debe marcar de forma especial la fecha del 14 de sep­tiembre de 2015 en el calendario de los avances físicos en la observación del Universo, puesto que ese día el detector de ondas gravitatorias LIGO, en EE.UU., detectó por primera vez directamente estas ondas que habían impactado contra él.

En este nuevo gran avance se observaron las ondas gravi­tatorias emitidas por el choque de dos agujeros negros de 29 y 36 masas solares. Tras la colisión, se formó un nuevo agujero negro de unas 62 masas solares, formando las 3 masas solares restantes de la suma, las ondas gravitacionales captadas ahora por LIGO. Gracias a este descubrimiento se ha podido conocer que el choque de estos dos agujeros negros se produjo hace unos 1.300 millones de años y que, como indicó Kip Thorne, uno de los investigadores principales del proyecto, “Esta es la explosión más grande medida en la historia después del Big Bang”.

Sin ninguna duda, el descubrimiento y la detección de las ondas gravitacionales es uno de los avances contemporáneos más importantes. A partir de ahora, se podrán observar fenó­menos ya conocidos en el Universo de diferente manera o nuevos fenómenos que aún no son conocidos. A diferencia de las ondas electromagnéticas que se propagan por el espacio­tiempo, estas ondas gravitatorias son propias deformaciones del espacio­tiempo, por lo tanto, si la luz puede ser bloqueada, por ejemplo, en un agujero negro que no la deja escapar debido a su alta gravedad, no dejándonos “ver” qué sucede, con las ondas gravitatorias sí que podremos “ver” sucesos del Universo que no podemos observar con la radiación electromagnética, como los agujeros negros o el Big Bang.

Como curiosidad, el proyecto de Rainer Weiss, Kip Thorne y Ronald Drever, que idearon el instrumento LIGO para la detec­ción de las ondas gravitatorias, en todas las predicciones era el claro favorito para ganar el premio Nobel de Física, pero como ocurre en muchas ocasiones, las predicciones no se cumplen. La razón puede ser más sencilla de lo que parece, y simple­mente se debe a cuestiones de tiempo y plazos. La detección de esta primera onda gravitatoria se anunció por el consorcio de Advanced LIGO el 11 de febrero, doce días después del cierre de presentación de candidaturas. Con el descubrimiento de una segunda onda gravitatoria en junio de 2016, el proyecto de Weiss, Thorne y Drever se postula como claro candidato a ser el ganador del premio Nobel de Física en 2017.

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