La relatividad también funciona cerca de un agujero negro

26 años de observaciones de una estrella que orbita el centro de la Vía Láctea culminan con la confirmación de la teoría de Einstein en condiciones extremas.

 

En el Universo las distancias son tan grandes y hay tanto que ver y medir que observarlo requiere mucha paciencia, la que han tenido los astrofísicos del Observatorio Europeo Austral (ESO) con su campaña de observación de una estrella durante 26 años. El premio era atractivo, sin embargo, porque se trataba de confirmar que se cumple la teoría de la relatividad general en condiciones extremas, las que imperan en las cercanías de un agujero negro.

Con los telescopios de ESO en Chile el astrónomo alemán Reinhard Genzel y su equipo han seguido el camino de la estrella S2 en su órbita, muy elíptica y con un periodo de 16 años, alrededor del agujero negro supermasivo situado en el centro de la Vía Láctea, que tiene una masa de casi cuatro millones de veces la del Sol. La estrella, como muchas otras, está siendo atraída por el gigantesco sumidero y llega a alcanzar velocidades superiores a los 25 millones de kilómetros por hora, casi un 3% de la velocidad de la luz, y a acercarse a solo cuatro veces la distancia que separa a Neptuno del Sol.

Este año, los astrónomos disponían de un nuevo y avanzado instrumento, llamado Gravity, con el que observaron el pasado mes de mayo la estrella durante su máxima aproximación al agujero negro, atravesando el fortísimo campo gravitatorio que lo rodea. Lo que no habían conseguido hace 16 años lo han conseguido ahora, gracias a la tecnología que combina los cuatro grandes telescopios VLT para hacerlos funcionar como uno solo mucho mayor. Han detectado el efecto relativista que se conoce como corrimiento al rojo gravitatorio en el espectro de la luz de la estrella captada desde la Tierra durante la máxima aproximación y han comprobado que no se adapta al modelo de Newton ni a ningún otro modelo, explica el numeroso equipo científico en los resultados publicados en la revisa Astronomy and Astrophysics. Es la curvatura del espacio-tiempo que predijo Einstein y la primera vez que se confirma la relatividad general en las cercanías de un agujero negro.

“Es la segunda vez que observamos el acercamiento de S2 al agujero negro del centro galáctico”, explica Genzel, “pero esta vez pudimos observarla con mucho más detalle. Nos hemos preparado intensamente durante años para este acontecimiento porque queríamos aprovechar lo más posible esta oportunidad única para observar los efectos relativistas”.

El agujero negro galáctico, el más cercano a nosotros, es ahora un laboratorio para los científicos, que permite probar las ecuaciones de la relatividad general en circunstancias extremas que Einstein probablemente nunca imaginó. “En el Sistema Solar solo podemos probar las leyes de la física ahora y bajo ciertas circunstancias. Es muy importante para la astronomía comprobar que las leyes de la física siguen siendo válidas donde los campos gravitatorios son mucho mayores” dice Françoise Delplancke, directora de ingeniería en ESO.

Por su parte, el astrofísico español Xavier Barcons, director de ESO, recuerda que la organización ha trabajado con Genzel durante más de 25 años y señala que ha representado todo un desafío desarrollar los instrumentos necesarios para tomar estas sutiles medidas e instalarlos en el VLT en Paranal.

La estrella S2 terminará su vida engullida por un agujero negro como otra cuya destrucción ha conseguido captar otro numeroso equipo de astrofísicos, codirigido por el español Miguel Pérez Torres, del Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA).

Un segundo agujero negro supermasivo es el causante de esta destrucción, que dio lugar a un chorro de materia que viajaba a un cuarto de la velocidad de la luz y cuyas emisiones fueron captadas por varios telescopios, algunos en las Islas Canarias. En este caso casi todo (las galaxias y el agujero negro) es más grande y está más lejos que en el anterior trabajo pero también es una primicia. Como dice Pérez Torres, “nunca antes hemos podido observar directamente la formación y evolución de un chorro debido a una muerte estelar de este tipo”, aunque sí se habían detectado unos pocos de estos fenómenos. La detección se publica en la revista Science y es el producto de casi 10 años de observaciones. Lo dicho, hace falta mucha paciencia para conocer el Universo.

MADRID
07/08/2018 08:39 Actualizado: 07/08/2018 08:39
Por MALEN RUIZ DE ELVIRA

Miércoles, 01 Agosto 2018 07:09

Con el Universo en la palma de la mano

Con el Universo en la palma de la mano

Es el físico teórico más citado en el mundo. Recibirá en noviembre la prestigiosa Medalla Lorentz, de los Países Bajos y una escalera hacia el Nobel. Propuso la Conjetura de Maldacena en la que reúne las teorías de la relatividad y de la mecánica cuántica.

En 2018 la “Conjetura de Maldacena” cumplirá 21 años. Esta propuesta tuvo la virtud de buscar explicar los fenómenos del Universo a partir de los aportes de la Teoría de la Relatividad General desarrollada por Albert Einstein –que describe el comportamiento de objetos muy grandes, como estrellas, planetas y galaxias– y la mecánica cuántica del también célebre Max Planck –que explora los fenómenos y laberintos del mundo subatómico–. En la actualidad, Juan Martín Maldacena es el físico teórico más citado en el mundo con más de 15 mil citas y ello no constituye un dato menor; por el contrario, se trata de una excelente muestra de cómo sus trabajos han despertado las curiosidades de cerebros estacionados a lo largo y lo ancho del globo.


Maldacena estudió física en la Universidad de Buenos Aires y en el Instituto Balseiro de la Universidad de Cuyo. Fue el profesor vitalicio más joven de la historia de Harvard y desde 2001 se desempeña como profesor en el Institute for Advanced Study de la Universidad de Princeton, institución donde también realizó su doctorado y en la que trabajó nada menos que el propio Einstein. Recientemente obtuvo la Medalla Lorentz, reconocimiento de prestigio internacional que –cada cuatro años desde 1925– entrega la Real Academia de Artes y Ciencias de Países Bajos. Aunque este científico tiene más pergaminos que años –forma parte de la Academia Nacional de Ciencias y la Academia Mundial de Ciencias (TWAS, por sus siglas en inglés)– el galardón constituye una distinción especial. ¿Por qué? Porque en muchos casos funciona como un paso previo al Nobel: de los 21 premiados, 11 se llevaron el trofeo sueco.


La Medalla será entregada el 19 de noviembre “por sus aportes en el campo de la física teórica, por sus contribuciones en la teoría cuántica de campos y la gravedad cuántica”. A continuación narra de qué se tratan, cómo se relacionan y cuáles son las implicancias de estos conceptos que se escapan de una cabeza argentina y pretenden explicarlo todo, incluso, aquello que no podemos ver.


–¿En qué sentido unificar la teoría de la relatividad y la física cuántica podrían ayudar a comprender los fenómenos del Universo?


–Resulta fundamental para describir el inicio del Big Bang y para entender qué pasa en el interior de los agujeros negros. En ambos casos, el Universo (o parte de él) se hace muy chico y es necesario incorporar la mecánica cuántica a la gravedad de Einstein. Mientras la gravedad es importante para objetos pesados; la mecánica cuántica sirve para explorar objetos pequeños. En este sentido, la mayor parte de los objetos ordinarios, o bien son pesados, o bien son chicos. Como resultado es posible afirmar que en el principio del Big Bang todo el Universo –que es muy “pesado”– también era muy pequeño.


–¿De qué manera su propia “Conjetura” ha contribuido al respecto?


–La conjetura, por ahora, no ha servido para esto; aunque puede funcionar para comprender otras cosas. En principio, nos permite describir agujeros negros si los vemos desde el exterior, incluyendo los efectos cuánticos, como la radiación que Stephen Hawking descubrió. También sirve para traducir problemas cuánticos complicados en problemas gravitatorios simples. Desde 1997, cuando la propuse, se ha entendido mejor y mejor y ello ha permitido reflexionar acerca de nuevas aplicaciones para otras áreas de la física; aunque hoy se sigue estudiando.


–¿Algún ejemplo?


–A partir de estos aportes se torna posible vincular agujeros negros con fluidos compuestos de partículas muy interactuantes, con interacciones complejas. Heráclito afirmó que el tiempo es como un río. En este caso, vemos al espacio-tiempo alrededor de un agujero negro como un fluido.


–¿Y cómo es el Universo desde esta perspectiva?


–Los efectos cuánticos más relevantes para la forma del Universo son los que ocurrieron al principio. Según la cosmología actual, el Universo comienza muy sencillo y casi homogéneo, con pequeñas fluctuaciones en sus geometrías. Se cree que estas fluctuaciones reflejan fluctuaciones cuánticas; que son fundamentales ya que dieron origen, entre otras cosas, a la formación de galaxias y estrellas. Con las teorías actuales se puede ir hacia atrás en el tiempo hasta llegar al momento en que las leyes conocidas dejan de ser válidas. Aún no sabemos si el tiempo se originó allí o si hubo algo antes.


En este punto, ¿cómo se cruzan ciencia y religión? Ambos espacios se preguntan por el origen.


–Sí, pero las preguntas no son las mismas. Quizás en el futuro podamos entender qué ocurrió en el principio del Universo, conforme a nuevas leyes de la física; pero aún quedarían las preguntas del sentido último del todo. Además, la mayor parte de la práctica de la religión pasa por la posición del individuo en el Universo y de las relaciones con los demás. Georges Lemaitre, sacerdote católico que tuvo contribuciones medulares en la teoría del Big Bang, por ejemplo, señalaba que la religión estaba más cerca de la psicología que de la cosmología.


–La física se constituye a partir de aportes teóricos y de comprobaciones experimentales. Ambos espacios se retroalimentan de manera constante y fructífera. ¿Cómo se conjugan en su trabajo?


–La física se basa en experimentos y utilizamos teorías para describir, comprender y reflexionar acerca de sus resultados. Además, esas mismas teorías pueden ser extrapoladas a situaciones en donde todavía no se han hecho los experimentos. Mis trabajos consisten en entender mejor las teorías conocidas y preguntarse cómo tratar de extenderlas al régimen en que los efectos cuánticos son importantes para el comportamiento del espacio-tiempo. Son teorías que, por el momento, no han sido comprobadas experimentalmente.


–Además, podría llevar mucho tiempo. Si tuviera que argumentarlo de manera sintética: ¿por qué es tan importante describir los fenómenos del Universo?


–En muchas ocasiones comprender un fenómeno puede ocasionar el surgimiento de nuevas aplicaciones tecnológicas. No obstante, desde mi perspectiva, la motivación va más allá de la tecnología. Entender cómo funciona el Universo que nos alberga es parte de una aventura cultural de la cual somos parte. De hecho, los que vinieron antes que nosotros hicieron descubrimientos que nos permiten apreciar mejor cómo funciona la naturaleza. ¿Qué son las estrellas? ¿cómo está compuesta la materia? fueron algunos de los interrogantes centrales sin los cuales hoy no podríamos avanzar. En efecto, a nosotros nos toca descubrir algo nuevo para las generaciones siguientes.


–¿Qué es lo que más le gusta y lo que menos le gusta de ser físico?


–Lo que más me gusta es encontrar fenómenos nuevos, descubrir y enterarme de descubrimientos sorprendentes e inesperados que hacen otros investigadores. Entender a un nivel mucho más detallado cómo funciona la naturaleza. Lo que menos me gusta es que, pese a que las investigaciones generan aplicaciones, en muchos casos no son inmediatas.


–Y ello puede despertar algunas críticas. Por otra parte, al principio lo mencionaba: ¿cómo fue trabajar con Stephen Hawking?


–Fue interesante poder observar de primera mano cómo pensaba y se comunicaba. También tuve la oportunidad de trabajar con otros científicos que, aunque no constituyen celebridades mediáticas, son muy brillantes.


–¿El reconocimiento de la Medalla Lorentz es un premio al esfuerzo, al talento, o bien, una combinación de ambos?


–En la ciencia, como en muchas otras ocupaciones, la persistencia, la paciencia y la motivación son más importantes que el talento. Por otra parte, conozco muchos investigadores que están haciendo trabajos muy buenos desde la Argentina.


–Sin embargo, nuestros investigadores no la están pasando nada bien en la actualidad.¿Cómo estimular vocaciones científicas en este marco? ¿Y qué hacer con el magro aporte privado? En EE.UU. es distinto.

–Tiendo a pensar que al mejorar la educación en general y al aumentar el nivel de cultura, las vocaciones se darán naturalmente. En una economía estable y generalmente saludable, las empresas están motivadas a invertir en investigación para no quedarse atrás de la competencia, para desarrollar nuevos productos. En EE.UU., en algunos campos, los privados también financian investigaciones básicas para desarrollar contactos con las universidades y tener oportunidades de aprovechar nuevos descubrimientos.


–Por último, ¿sueña con ganar el Nobel o no le interesa tanto? Ya sabemos lo que ocurrió con buena parte de los que obtuvieron la Medalla Lorentz como antesala.


–Hay muchos otros que se lo deberían ganar antes que yo. Además creo que es más importante tratar de hacer buenos trabajos que enfocarse en premios o reconocimientos, sobre todo, porque constituyen eventos secundarios que pueden depender de otros factores que no dependen necesariamente de mí.


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LIGO de Louisiana, en la ciudad de LIvingstone.

 

Es un intento de divulgación. Nada nuevo para personas ya puestas en la materia. Me baso en artículos de diarios y de revistas. Algunos de ellos, llevan la firma de Nuño Domínguez. En mi opinión, uno de los mejores divulgadores científicos de nuestros país. También en una nota del físico de la UAM Juan García-Bellido.


Las ondas gravitacionales [OG]

 

Son vibraciones en el espacio-tiempo, el material del que está hecho el universo. En 1916, Albert Einstein predijo que, según su teoría general de la relatividad [TGR], los cuerpos más violentos del cosmos -las explosiones estelares en supernovas, las parejas de estrellas de neutrones, la fusión de dos agujeros negros supermasivos, la fuente más potente de estas ondas- liberan parte de su masa en forma de energía a través de estas ondas “que tienen más energía que billones y billones de bombas atómicas”. El físico con extenso expediente del FBI creyó también, creencia que ahora sabemos que es errónea, que no sería posible detectarlas debido a que se originan en lugares muy distantes. Serían imperceptibles al llegar a nuestro planeta.

Las OG, la metáfora ha sido muy usada, son comparables a las ondas que se mueven en la superficie de un estanque o al sonido en el aire. Deforman el tiempo y el espacio y, en teoría, viajan a la velocidad de la luz. Su paso puede modificar la distancia entre planetas de forma muy leve. Las frecuencias de algunas de estas ondas coinciden con las del sonido.

Las OG abren una nueva era en el conocimiento del universo. Toda la información que tenemos del cosmos -se cree que solo conocemos el 5%- es por la luz en sus diferentes longitudes de onda: visible, infrarroja, ondas de radio, rayos X, etc. Las OG nos dan, digamos, un sentido más y nos permiten saber qué está pasando allí donde hasta ahora no veíamos nada.

También permiten saber si la Teoría General de la Relatividad se mantiene vigente en los rangos de presión y gravedad más intensos que pueden concebirse... O no, por supuesto.

 

LIGO

 

El Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO), en EE UU, captó en 2015 las ondas producidas por la fusión de dos agujeros negros. La primera vez que se captan OG, un siglo después de que Einstein predijera su existencia.

Sólo existían pruebas indirectas de su existencia. En 1978, Rusell Hulse y Joseph Taylor demostraron que un púlsar binario -dos estrellas orbitando juntas, una de ellas un púlsar- estaban cambiando ligeramente su órbita debido a la liberación de energía en forma de OG en una cantidad idéntica a la que predecía la TGR. Ambos ganaron el Nobel de Física en 1993. Las teorías de Einstein dan para muchos premios como vemos.

Diez años después, en 2003, se confirmó que lo mismo sucede con otra pareja estelar, en este caso de dos púlsares.

El LIGO es un gran instrumento óptico de precisión desarrollado por los institutos tecnológicos de California (Caltech) y Massachusetts, (MIT) y la Colaboración Científica LIGO, en la que participan unos 1.000 investigadores de muchos países (España incluida). La instalación consta de dos detectores láser con forma de L. Cada brazo de esa L tiene 4 kilómetros y hay dos detectores idénticos, uno en Luisiana y otro a unos 3.000 kilómetros, en el estado de Washington. LIGO puede identificar variaciones equivalentes, no hay error en la medida, a una diezmilésima parte del diámetro de un átomo. Es la medición más precisa jamás lograda por un instrumento científico.

Se necesitan al menos dos detectores. ¿Para qué? Para evitar los falsos positivos causados por cualquier vibración local como terremotos, tráfico o fluctuaciones del propio láser. Al contrario que todos ellos, este es un punto importante, una OG causará una perturbación exactamente igual en Luisiana que en Washington.

Con la configuración actual, LIGO puede ver-detectar a una distancia de unos 1.000 millones de años luz de la Tierra (1.000 x 1.000.000 * 365* 84.600 * 300.000 kms = 9.263.700.000.000.000.000.000 de km). Se cree que LIGO alcanzará su máxima potencia en 2020.

 

El descubrimiento de la primera señal de OG.

 

Los responsables del LIGO anunciaron en 2016 que habían captado las ondas producidas por el choque de dos agujeros negros. El anuncio se hizo en una conferencia de prensa celebrada en Washington. Los resultados científicos fueron aceptados para su publicación en Physical Review Letters. "Señoras y señores, hemos detectado las ondas gravitacionales. Lo hemos conseguido", exclamó el director ejecutivo del LIGO, David Reitze. "Hemos tardado meses en ver que realmente eran las OG, pero lo que es verdaderamente emocionante es lo que viene después, abrimos una nueva ventana al Universo".

La primera señal se captó el 14 de septiembre de 2015 en los dos detectores idénticos de este experimento, situados como se dijo a unos 3.000 kilómetros de distancia. La señal venía de una fusión que sucedió hace 1.300 millones de años, fruto del violento abrazo de dos agujeros negros cuya masa era entre 29 y 36 veces mayor a la del Sol. Los dos agujeros “se fundieron en uno liberando una energía equivalente a tres masas solares, que salió despedida en forma de OG en una fracción de segundo”.

Este proceso de masa transformándose en energía en fracciones de segundo lo describe la ecuación más famosa de la historia de la ciencia E=mc2. El hallazgo abre un nuevo camino en astronomía. Estas ondas, como se dijo, son comparables al sonido y permiten estudiar objetos que eran totalmente invisibles hasta ahora.

Nuestros oídos empiezan a escuchar “la sinfonía del universo”.

Este tipo de señales mostrarán si estos violentísimos sucesos ocurren tal y como predice la teoría de la relatividad de Einstein o si debemos buscar otra nueva para entenderlos.

 

La detección de OG gana el Nobel de Física 2017.


Los científicos estadounidenses Rainer Weiss, Barry Barish y Kip Thorne han ganado el Premio Nobel de Física 2017 por su trabajo en LIGO. El jurado ha reconocido a los científicos por un "descubrimiento que sacudió al mundo", ha señalado Göran Hansson, el secretario general de la Real Academia de Ciencias Sueca, al anunciar el fallo del jurado.

Los tres físicos, junto al resto de la colaboración internacional del experimento, también recibieron este año el Premio Princesa de Asturias por su papel en el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales.

El jurado de la academia sueca ha reconocido a Rainer Weiss como uno de los pioneros “en el diseño de los primeros interferómetros láser cuyos haces de luz estaban especialmente concebidos para vibrar al paso de una leve onda gravitacional, un trabajo que inició a finales de los años 60 en el Instituto de Tecnología de Massachusetts”. Unos años después, el físico teórico Kip Thorne comenzó a trabajar en el diseño de dispositivos similares en el Instituto de Tecnología de California. “Ambos proyectos quedaron unidos en el actual LIGO, cuya construcción fue aprobada en 1990”. Barry Barish, el tercer premiado, lideró la etapa de edificación y puesta en marcha de los dos grandes interferómetros del proyecto, que están separados, como se comentó, por más de 3.000 kilómetros para maximizar las probabilidades de captar una señal. También fue quien dio al proyecto su actual proyección internacional. Más de 1.000 científicos de 20 países -incluida España a través del grupo de gravitación y relatividad de la Universidad de las Islas Baleares que lidera Alicia Sintes- han contribuido en esta gran hazaña científica.

El físico de la UAM, Juan García Bellido, ha explicado lo sucedido en los siguientes términos:

1. Dos enormes interferómetros en Washington y Luisiana ”detectaron el pasado 14 de septiembre de 2015, por primera vez en la historia, la emisión de ondas gravitacionales generadas en los últimos instantes de la fusión de dos agujeros negros de unas 30 masas solares cada uno, abriendo una nueva era de la astronomía y la cosmología”.

2. El 11 de febrero de 2016 se pudo seguir en directo la rueda de prensa que los fundadores del experimento, “Reiner Weiss, Ronald Drever y Kip Thorne, dieron en Washington, en la sede de la National Science Foundation estadounidense, describiendo la detección de la señal inequívoca, por lo que los investigadores de la colaboración LIGO sabían que estaban ante un hito de la historia de la ciencia”.

3. Si el siglo XX fue el siglo de la exploración del universo gracias a las ondas electromagnéticas de todas las frecuencias de radio a los rayos gamma, “este siglo XXI seremos capaces de explorar el universo con una nueva sonda, las ondas gravitacionales. Nos va a permitir explorar la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura. En concreto, la emisión de ondas gravitacionales es tan precisa que podemos calibrar las fuentes con nuestros conocimientos de relatividad general y, por tanto, podemos usar estos eventos de fusión de agujeros negros como “sirenas estándar” para determinar con precisión las distancias a las galaxias lejanas, similar a lo que hacemos ahora de forma rutinaria con las supernovas”. De esta manera, prosigue García-Bellido, “es posible deducir el contenido de materia y energía que da lugar a la expansión acelerada del universo, y descubrir, por ejemplo, la naturaleza del campo responsable de dicha aceleración.

4. La precisión de las medidas hechas por estos detectores “es tan extraordinaria que podemos usar estas observaciones para testar la teoría de la relatividad general en régimen de campo fuerte y plantearnos la posibilidad de que en un futuro detectemos pequeñas desviaciones respecto a las predicciones de la relatividad general”. Si fuera así, se tendría la necesidad de buscar una teoría de la gravedad más allá de la actual, “posiblemente con nuevos efectos de gravedad cuántica”.

5. El avance tecnológico que ha sido necesario para llegar a construir el experimento LIGO “será el precursor de desarrollos aún más novedosos, con nuevos materiales y tecnologías, para explorar la detección de ondas gravitacionales a todas las frecuencias posibles, incluso aquellas que podrían darnos información de los primeros instantes del universo y de la naturaleza de la materia oscura”.

Acabamos de entrar en una nueva era científica, en opinión de Juan García-Bellido. Que así sea y que la paz la acompañe, que el armamento nuclear sea destruido y que el humanismo bien entendido sea su guía. ¡Ciencia para la emancipación humana, no para su destrucción!

 

Rebelión ha publicado este artículo con el permiso del autor mediante una licencia de Creative Commons, respetando su libertad para publicarlo en otras fuentes.

 

 

 

Barry C. Barish y Kip S. Thorne, ambos del Instituto Tecnológico California, celebran el premio. A la derecha, Rainer Weiss, profesor emérito del Instituto Tecnológico Massachusetts, recibe felicitaciones por el galardón

 

Aunque en la investigación participa gran número de científicos, los galardonados fueron escogidos por sus contribuciones decisivas, señala el comité de la academia sueca

 

En esta ocasión, las predicciones se cumplieron: el premio Nobel de Física fue concedido este martes a los estadunidenses Rainer Weiss, Barry C. Barish y Kip S. Thorne por la confirmación directa de la existencia de las ondas gravitacionales predichas por Albert Einstein hace un siglo.

Los pioneros Rainer Weiss y Kip S. Thorne, junto con Barry C. Barish, el científico y líder que completó el proyecto, garantizaron que cuatro décadas de esfuerzos llevaran a que finalmente se observaran las ondas gravitacionales, informó la Academia Real Sueca desde Estocolmo.

Las ondas gravitacionales se producen cuando las masas se aceleran y comprimen, y estiran el espacio. Se propagan en el vacío a la velocidad de la luz y distorsionan el espacio-tiempo, de forma parecida a las ondas que produce una piedra que se lanza al agua. Su detección abre una nueva ventana para el estudio del universo, que permitirá descubrir nuevos fenómenos y alcanzar regiones del espacio-tiempo no accesibles hasta ahora.

Thorne, de 77 años, y Weiss, de 85, desarrollaron desde los años 70 la técnica básica para la medición de las ondas, mientras Barish (de 81) perfeccionó esa tecnología e impulsó el proyecto LIGO hasta convertirlo en una investigación en la que participan más de un millar de científicos.

 

Huella de la fusión de dos agujeros negros

 

El observatorio estadunidense LIGO, puesto en marcha en 2002, consiguió captar en 2015 la huella de la fusión de dos agujeros negros. Dicha prueba confirmó la existencia de las ondas gravitacionales, la última gran predicción de la teoría de la relatividad general de Einstein que aún quedaba por constatar de forma directa. Los científicos de LIGO detectaron las primeras ondas el 14 septiembre de 2015 y el hallazgo se publicó el 11 de febrero de 2016.

Desde entonces han sido detectadas en tres ocasiones, la más reciente anunciada hace pocas semanas en el Observatorio Virgo, en Italia. Es realmente maravilloso, afirmó Weiss por videoconferencia poco después de conocer la noticia, recordando que el descubrimiento fue fruto de una gran colaboración internacional. “Nos llevó un tiempo –casi dos meses– convencernos de que habíamos visto algo que realmente era una onda gravitacional”, recordó.

Thorne, por su parte, siempre estuvo convencido de que el hallazgo obtendría el Nobel algún día. Es uno de los mayores logros científicos de los años recientes, afirmó este martes. Sin embargo, sí le sorprendió que el comité lo escogiera entre los miles de físicos involucrados, ya que sólo intervino en los preparativos y los comienzos de LIGO. El verdadero éxito fue de los colegas más jóvenes que llevaron a cabo el experimento, afirmó.

Pero aunque en el proyecto está involucrado un gran número de científicos, los nuevos Nobel fueron escogidos por sus contribuciones decicisivas, explicó Mats Larsson, miembro del comité.

En 1993 ya hubo un Premio Nobel a la demostración, entonces indirecta, de las ondas gravitacionales. Los astrónomos estadunidenses Joseph Taylor y Russel Hulse observaron en 1974 un pulsar binario, es decir, dos estrellas de neutrones que orbitan una en torno a la otra. Su periodo orbital se reducía lentamente, lo que se podía explicar exactamente con la pérdida de energía mediante ondas gravitacionales. Weiss, Thorne, Barish y la Colaboración Científica LIGO también fueron galardonados este año con el Premio Princesa de Asturias de Investigación Científica y Técnica, uno de los más importantes en España.

Weiss (Berlín, Alemania, 29 de septiembre de 1932), es reconocido a escala internacional por haber inventado la técnica interferométrica láser, que supuso la base para la construcción del observatorio LIGO. Es considerado, además, pionero en la medición del espectro de radiación del fondo cósmico de microondas, radiación procedente de fotones en la etapa más temprana del universo.

Thorne (Logan, Utah, Estados Unidos, 1940), astrofísico y uno de los mayores expertos en la teoría general de la relatividad de Einsten, es cofundador de LIGO. En los años 60 y 70 fijó los fundamentos teóricos de las pulsaciones de estrellas relativistas y las ondas gravitacionales que emiten y, posteriormente, desarrolló la formulación matemática mediante la cual se analiza su generación.

Por otra parte, Barish (Omaha, Nebraska, Estados Unidos, 1936) creó en 1997 la Colaboración Científica LIGO. Bajo su liderazgo se aprobaron las mejoras que condujeron al posterior perfeccionamiento de las infraestructuras.

 

 


 

"LIGO, una proeza científica"

 

Con el desarrollo del Observatorio de Detección de Ondas Gravitatorias (LIGO, por sus siglas en inglés), los galardonados con el premio Nobel de Física 2017 lograron una proeza científica al captar ese fenómeno, considerado uno de los avances más importantes en la astronomía en los pasados 50 años.

Shahen Hacyan, investigador del Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), explicó que al desarrollar el LIGO, Rainer Weiss, Barry Barish y Kip Thorne lograron una proeza.

En un comunicado, el experto señaló que el hallazgo abre una nueva ventana al universo. Hasta ahora veíamos el cosmos a través de la luz, o de los neutrinos, pero ahora observaremos otra faceta, expuso Hacyan, en un mensaje difundido en Facebook.

Destacó que por medio de su teoría de la relatividad general, Albert Einstein predijo la existencia de ondas gravitacionales. Él se dio cuenta de que así como existen ondas electromagnéticas –luz, ondas de radio o rayos X– que transportan energía y permiten comunicarnos en el mundo, debía haber algo similar, pero relacionado con la gravedad.

La gran diferencia es que estas ondas son extremadamente débiles, tanto que para generarlas se necesita el movimiento de estrellas u hoyos negros, pues es imposible producirlas en laboratorio.

Aunque el mismo Einstein no consideraba posible detectarlas, varios físicos se plantearon el reto de encontrarlas y la propuesta de los ganadores del Nobel fue la construcción de interferómetros o equipos que lanzan luz en dos direcciones distintas.

La idea consiste en colocar espejos muy grandes, alejados entre sí por varios kilómetros, que al detectar una onda gravitacional vibran ligeramente, concepto que probó ser correcto en septiembre de 2015, cuando fue captada la primera.

En tanto, Alan Watson, investigador del Instituto de Astronomía, también de la UNAM, consideró que se trata de uno de los avances más importantes en la astronomía en los pasados 50 años. Es como presenciar el descubrimiento del primer telescopio, pero esta vez usando las ondas gravitacionales, precisó.

 

 

 

Detectan por tercera vez las ondas gravitacionales que predijo Einstein

Revela una colisión que se produjo a cerca de 3 mil millones de años luz

Las observaciones se hicieron con el Ligo, en el que trabajan más de mil científicos de EU y de otros 14 países

Washington.

Un equipo científico internacional anunció ayer que detectó nuevamente las ondas gravitacionales, la tercera observación de estas vibraciones del universo que predijo la teoría de la relatividad general de Albert Einstein en 1915.

La primera detección directa de estas ondas producto de ligeras perturbaciones del tejido del espacio-tiempo por efecto del desplazamiento de un objeto enorme, un poco como un peso que deforma una red, fue anunciada el 11 de febrero de 2016.

Este histórico acontecimiento, tras 40 años de esfuerzos, abrió una nueva ventana en la astronomía para avanzar en la comprensión de los misterios del cosmos, subrayaron los astrofísicos.

A esta nueva detección se sumó una segunda, el 15 de junio de 2016. En ambos casos, las ondas gravitacionales detectadas se generaron por la colisión de dos agujeros negros que formaron uno mayor, de hasta 62 veces la masa de nuestro Sol.

En esta nueva observación, el agujero negro producto de la colisión cuyas ondas gravitacionales se observaron el 4 de enero de 2017 era de alrededor de 49 masas solares. Los resultados serán publicados en la revista estadunidense Physical Review Letters.

"Es destacable que el ser humano pueda teorizar y verificar este tipo de fenómenos extraños y extremos que se han producido allí hace miles de millones de años y a miles de millones de años luz de la Tierra", señala David Shoemaker, astrofísico del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y portavoz de esta colaboración científica.

Las tres detecciones se realizaron mediante el instrumento Ligo (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), que consta de dos detectores idénticos de 4 kilómetros de largo, ubicados a 3 mil kilómetros el uno del otro, en Luisiana y en el estado de Washington.

"Esta última observación confirma la existencia de agujeros negros de una masa superior a 20 soles", agregó. Sin detección de las ondas gravitacionales, los agujeros negros son invisibles porque no emiten luz, subrayó el profesor Shoemaker.

La cara oscura del universo

"Con la confirmación de la tercera detección de ondas gravitacionales, el Ligo se reafirma como observatorio poderoso para revelar el lado oscuro del universo", celebró David Reitze, responsable del Ligo en Caltec, Instituto de Tecnología de California. "Dado que el Ligo fue específicamente concebido para observar las fusiones de los agujeros negros, esperamos poder captar pronto otros eventos de astrofísica como las colisiones violentas entre dos estrellas de neutrones", los objetos más enormes del cosmos, explicó.

El Ligo, en el que trabajan más de mil científicos de Estados Unidos y de otros 14 países, captó por primera vez las ondas gravitacionales en septiembre de 2015 durante su primera campaña de observación tras la modernización del instrumento.

La detección más reciente de estas ondas revela que la colisión entre los dos agujeros negros se produjo a cerca de 3 mil millones de años luz, mientras la primera y segunda detecciones mostraron fusiones de hace mil 300 millones y mil 400 millones de años luz, respectivamente.

Debido a que la fuente está mucho más lejos, este descubrimiento ha permitido probar la exactitud de uno de los corolarios de la teoría de la relatividad general según la cual las ondas gravitacionales no se dispersan al propagarse, dando una vez más la razón a Albert Einstein.

La localización de las fuentes de señales de ondas gravitacionales mejorará significativamente en el transcurso de los próximos meses, cuando el Virgo, el interferómetro europeo que está en Italia, haya incrementado su red de sensores, sostienen estos astrofísicos.

Una prueba indirecta de las ondas gravitacionales fue identificada cuando Russe Hulse y Joseph Tayloral descubrieron en 1974 un púlsar –estrella que emite radiación muy intensa a intervalos cortos y regulares– que gira alrededor de una estrella de neutrones a muy alta velocidad. Ese descubrimiento les valió el Premio Nobel de Física en 1993.