Como parte de su teoría general de la relatividad, Einstein predijo que la masa debería emitir ondas de gravedad. Debería poder detectar las ondas de gravedad más poderosas a medida que pasan a través de la Tierra. Y un observatorio espacial planeado para su lanzamiento en 2015 llamado LISA debería ser aún más fuerte.
Los científicos están cerca de ver ondas gravitacionales. Crédito de imagen: NASA
La gravedad es una fuerza familiar. Es la razón del miedo a las alturas. Sostiene la luna en la Tierra, la Tierra en el sol. Evita que la cerveza flote de nuestros vasos.
¿Pero cómo? ¿La Tierra está enviando mensajes secretos a la luna?
Bueno, sí, más o menos.
Eanna Flanagan, profesora asociada de física y astronomía de Cornell, ha dedicado su vida a comprender la gravedad desde que era estudiante en el University College de Dublín en su Irlanda natal. Ahora, casi dos décadas después de abandonar Irlanda para estudiar su doctorado bajo el famoso relativista Kip Thorne en el Instituto de Tecnología de California, su trabajo se centra en predecir el tamaño y la forma de las ondas gravitacionales, un fenómeno esquivo pronosticado por la Teoría de la relatividad general de Einstein de 1916. pero que nunca se han detectado directamente.
En 1974, los astrónomos Russell Hulse y Joseph H. Taylor Jr. de la Universidad de Princeton midieron indirectamente la influencia de las ondas gravitatorias en las estrellas de neutrones en órbita, un descubrimiento que les valió el Premio Nobel de física de 1993. Gracias al trabajo reciente de Flanagan y sus colegas, los científicos están ahora a punto de ver directamente las primeras ondas de gravedad.
El sonido no puede existir en el vacío. Requiere un medio, como aire o agua, a través del cual transmitir su mensaje. Del mismo modo, la gravedad no puede existir en la nada. También necesita un medio a través del cual transmitir su mensaje. Einstein teorizó que ese medio es el espacio y el tiempo, o el "tejido del espacio-tiempo".
Los cambios en la presión (un golpe en un tambor, una cuerda vocal vibrante) producen ondas de sonido, ondas en el aire. Según la teoría de Einstein, los cambios en la masa (la colisión de dos estrellas, el aterrizaje de polvo en una estantería) producen ondas de gravedad, ondas en el espacio-tiempo.
Debido a que la mayoría de los objetos cotidianos tienen masa, las ondas de gravedad deberían estar a nuestro alrededor. Entonces, ¿por qué no podemos encontrar ninguno?
"Las ondas de gravedad más fuertes causarán perturbaciones medibles en la Tierra 1000 veces más pequeñas que un núcleo atómico", explicó Flanagan. "Detectarlos es un gran desafío técnico".
La respuesta a ese desafío es LIGO, el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser, un experimento colosal que involucra la colaboración de más de 300 científicos.
LIGO consta de dos instalaciones a casi 2,000 millas de distancia, una en Hanford, Washington, y otra en Livingston, La. Cada instalación tiene la forma de una "L" gigante, con dos brazos de 2.5 millas de largo hechos de 4 pies de diámetro Tubos de vacío encerrados en hormigón. Rayos láser ultraestables atraviesan las tuberías, rebotando entre los espejos al final de cada brazo. Los científicos esperan que una onda de gravedad pasante estire un brazo y apriete el otro, haciendo que los dos láseres recorran distancias ligeramente diferentes.
La diferencia se puede medir "interfiriendo" los láseres donde se cruzan los brazos. Es comparable a dos autos que circulan perpendicularmente hacia una encrucijada. Si viajan a la misma velocidad y distancia, siempre se estrellarán. Pero si las distancias son diferentes, podrían fallar. Flanagan y sus colegas esperan una señorita.
Además, exactamente cuánto golpean o fallan los láseres proporcionará información sobre las características y el origen de la onda gravitacional. El papel de Flanagan es predecir estas características para que sus colegas de LIGO sepan qué buscar.
Debido a los límites tecnológicos, LIGO solo es capaz de detectar ondas gravitacionales de ciertas frecuencias de fuentes poderosas, incluidas explosiones de supernovas en la Vía Láctea y estrellas de neutrones que giran o coorbita rápidamente en la Vía Láctea o en galaxias distantes.
Para ampliar las fuentes potenciales, la NASA y la Agencia Espacial Europea ya están planeando el sucesor de LIGO, LISA, la antena espacial con interferómetro láser. LISA es similar en concepto a LIGO, excepto que los láseres rebotarán entre tres satélites a 3 millones de millas de distancia, siguiendo la Tierra en órbita alrededor del sol. Como resultado, LISA podrá detectar ondas a frecuencias más bajas que LIGO, como las producidas por la colisión de una estrella de neutrones con un agujero negro o la colisión de dos agujeros negros. El lanzamiento de LISA está programado para 2015.
Flanagan y sus colaboradores en el Instituto de Tecnología de Massachusetts descifraron recientemente la firma de la onda gravitacional que se produce cuando un agujero negro supermasivo se traga una estrella de neutrones del tamaño del sol. Es una firma que será importante que LISA reconozca.
"Cuando LISA vuela, deberíamos ver cientos de estas cosas", señaló Flanagan. “Podremos medir cómo se deforman el espacio y el tiempo, y cómo se supone que un agujero negro tuerce el espacio. Vemos radiación electromagnética, y creemos que probablemente sea un agujero negro, pero eso es lo más lejos que hemos llegado. Será muy emocionante ver finalmente que la relatividad realmente funciona ”.
Pero, advirtió, "Puede que no funcione. Los astrónomos observan que la expansión del universo se está acelerando. Una explicación es que la relatividad general necesita ser modificada: Einstein tenía razón en su mayoría, pero en algunos regímenes las cosas podrían funcionar de manera diferente ”.
Thomas Oberst es un pasante de escritor científico en el Servicio de Noticias Cornell.
Fuente original: Universidad de Cornell
