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Una nueva ventana al Universo

Publicado el 16/03/2016

Por primera vez, los científicos 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.

Los físicos han 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 por los dos detectores 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, 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. 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.

En cada observatorio, los interferómetros LIGO de cuatro kilómetros de largo en forma de L utilizan luz láser separada en dos haces que van y vienen dentro de los brazos. 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.

El grupo de Relatividad y Gravitación 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. Todos los miembros de la colaboración LIGO en la UIB han trabajado sin cesar durante estos últimos meses analizando los datos del primer periodo de observación de Advanced LIGO y los datos relacionados con este evento en particular. Varios de los investigadores de la UIB han contribuido de forma directa a este descubrimiento. Entre ellos se encuentra Miquel Oliver, un estudiante de doctorado de la UIB, que ha tenido la oportunidad única de vivir directamente este descubrimiento, ya que desde principios de septiembre se encontraba en la sala de control de LIGO Hanford monitorizando el detector, y caracterizando la calidad de los datos. A su vez, Sascha Husa, junto con el investigador postdoctoral David Keitel y el estudiante de doctorado Francisco Jiménez, han contribuido directamente a la identificación de la fuente a través de su investigación sobre la fusión de agujeros negros, resolviendo las ecuaciones de Einstein, que son el núcleo de la teoría de la relatividad general.

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. Esta energía se emite como una fuerte explosión final de ondas gravitacionales. Basándose en la física del choque entre dos agujeros negros, los científicos de LIGO estiman 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 mil trescientos millones de años. Una masa aproximadamente tres 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 y a partir de ahora esperemos que se observen muchas más con cierta regularidad.

Todos estos temas serán abordados en la conferencia que impartiré el día 29 de marzo a las 13.00 horas, organizada por la Fundación Ramón Areces y la Real Sociedad Española de Física, en la Universidad Complutense de Madrid (Salón de Actos Julio Rey Pastor de la Facultad de Ciencias Matemáticas).



Por Alicia M. Sintes Olives, del Departamento Física & IAC3 de la Universitat de les Illes Balears y del Institut d'Estudis Espacials de Catalunya (IEEC).


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