¿Qué son las ondas gravitacionales?, Premio Nobel de Física 2017

Nos llevó 100 años demostrar la existencia de las ondas gravitacionales predicha por Albert Einstein en su Teoría de la Relatividad General. Sin duda, un descubrimiento histórico en el campo de la física, que es reconocido hoy con el premio Nobel de Física 2017. Los galardonados fueron los científicos estadounidenses Rainer Weiss, Barry C. Barish y Kip S. Thorne por su "decisiva contribución al detector LIGO y la observación de las ondas gravitacionales", según señala la Real Academia Sueca de las Ciencias.

Para Bernardo Gómez Moreno, doctor en Física Nuclear Experimental y profesor emérito de la Universidad de los Andes en el del Departamento de Física, “la comprobación del fenómeno contribuye de manera significativa a la comprensión de cómo es el universo en el que vivimos y constituye un descubrimiento fundamental para la humanidad”.

Explica que la predicción de Einstein, la existencia de ondas gravitacionales, se deriva de la Relatividad General. Se manifiesta cuando en gigantescos eventos cósmicos, como en la colisión de dos muy masivos agujeros negros, se genera una perturbación del espacio tiempo que se propaga como onda a la velocidad de la luz. Esta era la única consecuencia de la relatividad de Einstein que faltaba por confirmar.

Hace 1300 millones de años, dos agujeros negros, de 150 kilómetros de diámetro, pero muy masivos, de 29 y 36 masas solares, giraban uno en torno al otro. Por atracción gravitacional se acercaban entre ellos girando cada vez más rápido, acercándose hasta colisionar y fusionarse en un solo agujero negro de 62 masas solares, emitiendo el resto de su energía en forma de ondas gravitacionales por el universo hasta alcanzar nuestro planeta el 14 de septiembre de 2015 y ser detectados por LIGO. Ese día histórico, dos interferómetros LIGO situados en Estados Unidos, a 3.000 kilómetros de distancia entre ellos, en Hanford (Washington) y Livingston (Louisiana), detectaron simultáneamente la misma señal, perfectamente coincidente, de décimas de segundo de duración, la onda gravitacional producida por el evento de colisión de los agujeros negros. Desde ese septiembre de 2015 LIGO ha detectado ya tres colisiones de agujeros negros a través de las ondas gravitacionales.

LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) es la colaboración internacional en la que participan unos 1.000 investigadores de más de 80 instituciones de una veintena de países y que lideran desde MIT y Caltech los galardonados con el Premio Nobel de Física 2017. Luego de un sofisticado desarrollo tecnológico con esfuerzos que se extienden ya por cerca de 40 años, se logró detectar los efectos tan diminutos de la onda gravitacional, que pone a oscilar el espacio en expansión y contracción de solo una diezmilésima del tamaño de un protón.

LIGO consta de dos interferómetros idénticos que siguen el mismo concepto propuesto y realizado por Albert Michelson dese 1887, como explica el Profesor Gómez: Un rayo de luz incide sobre un espejo semitransparente, donde se divide en dos rayos perpendiculares que se reflejan en espejos a distancia para reunirse nuevamente produciendo interferencia, bien sea constructiva (clara), o destructiva (oscura), según las distancias recorridas, y que en el LIGO varían cuando el espacio se expande, o se contrae por la onda gravitacional, pasando la interferencia de oscuro a claro.

El diseño de los modernos interferómetros de LIGO, sin duda, requería inventar y refinar tecnología innovadora. En cada interferómetro LIGO los rayos de luz LASER de alta potencia recorren dos brazos perpendiculares de 4 kilómetros de longitud en el interior de un tubo, donde se mantiene el más alto vacío posible para evitar efectos dispersivos con el aire. En el extremo de cada brazo los rayos se reflejan en espejos para regresar al punto de reunión e interferencia, espejos que son sofisticados dispositivos con el mayor aislamiento sísmico, para evitar el ruido de vibraciones del planeta que impediría la detección de los ínfimos efectos de las ondas gravitacionales.

El éxito de los interferómetros LIGO ha llevado a replicarlos en otros países para tender una red mundial de detectores de ondas gravitacionales, así VIRGO en Pisa (Italia), GEO600 en Hannover (Alemania) y KAGRA en Kamika (Japón).

Para el profesor Bernardo Gómez Moreno, sin duda, estos desarrollos en tecnología impulsados por el experimento traerán también aplicaciones prácticas para la vida cotidiana en los próximos años, o décadas, como ha sucedido con otros avances en la ciencia.

Reiner Weiss, es catedrático de física en el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), mientras que Kip S. Thorne y Bary Barish, son profesores titulares del Instituto Tecnológico de California (Caltech).