Ondas gravitacionales, científicos de la UNC participan en la prueba de su existencia

Universidad Nacional de Córdoba - Facultad de Matemáticas, Astronomía y Física

15 de Febrero de 2016 | 15 ′ 16 ′′


Ondas gravitacionales, científicos de la UNC participan en la prueba de su existencia


Gabriela González y Mario Díaz son físicos formados en la Universidad Nacional de Córdoba y desarrollan sus carreras en universidades de Estados Unidos. Están implicados en el proyecto LIGO, iniciativa abocada a probar la existencia de las ondas gravitacionales, una de las más grandes predicciones de la Teoría general de la relatividad de Albert Einstein. El hecho fue comprobado el 14 de septiembre de 2015 y dado a conocer el 11 de febrero de 2016 en conferencia de prensa desde Washington DC.

Científicos del Observatorio por Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO, por su sigla en inglés) anunciaron hoy la detección de ondas gravitacionales, una de las predicciones de la Teoría general de la relatividad postulada por Einstein hace un siglo. De acuerdo a lo informado en una conferencia de prensa transmitida el 11 de febrero de 2016 a nivel mundial, tales ondas gravitacionales fueron detectadas el 14 de septiembre de 2015 y habrían sido producidas por la fusión de dos espacio-tiempo con gravedad tan fuerte que nada puede escaparse a él, ni siquiera la luz.">agujeros negros, distantes de la Tierra unos 1.300 millones de años luz.

El experimento, que confirmó la existencia de las ondas gravitacionales, fue realizado en los observatorios gemelos que LIGO posee en Livingston (Louisiana) y en Hanford (Washington), ambos en Estados Unidos y distantes entre sí más de 3.000 kilómetros. Cada uno de estos detectores está compuesto por dos brazos de cuatro kilómetros de largo, dispuestos en L en un ángulo de 90 grados. En la intersección de ambos se ubica un interferómetro de gran escala, un dispositivo que utiliza rayos láser para realizar las mediciones más precisas del mundo.

Los láser emitidos por el interferómetro de gran escala recorren esos brazos, rebotan en espejos ubicados en sus extremos y retornan a su origen unas 200 veces. Al ser una perturbación en el espacio-tiempo que se desplaza a la velocidad de la luz, las ondas gravitacionales tendrían la capacidad de modificar ínfimamente la extensión de esos brazos de cuatro kilómetros. Y esto es efectivamente lo que detectaron los científicos de LIGO el pasado 14 de septiembre a las 5.51 am, hora de Estados Unidos.

El primer instrumento en detectar la onda gravitacional generada por la colisión de agujeros negros fue el de Livingston. Siete milisegundos después fue registrado en Hanford. Este hecho llevó a los científicos a pensar que la fuente de las ondas gravitacionales se originó en el hemisferio sur del cielo, posicionados desde la Tierra.

En diálogo con Argentina Investiga, Gabriela González recuerda que tras la detección, se preguntaron si se trataba de ondas gravitacionales reales o problemas del instrumento. “Pero nos convencimos enseguida de que eran buenas candidatas”, asegura. Para ello debieron revisar un sinnúmero de canales de monitoreo para descartar que se hubiera tratado de un ruido, un rayo cósmico u otro fenómeno.

Simulación que exagera el efecto de las ondas gravitacionales sobre la Tierra

Si bien concluyeron que se trataba de dos agujeros negros que chocaron y formaron uno más grande, el análisis de los datos demandó muchos meses. “Ese primer día fue impresionante, pero también nos dimos cuenta de cuánto teníamos que trabajar para llegar al anuncio que hicimos hoy”, apunta.

Mario Díaz es profesor de la University of Texas, donde dirige el Center for Gravitational Wave Astronomy implicado en el proyecto LIGO. Coincide con Gabriela al reconocer que prácticamente el mismo 14 de septiembre advirtió que lo detectado se trataba efectivamente de ondas gravitacionales, aunque aclara que a partir de entonces fue necesario analizar mucha información. Sucede que los observatorios de LIGO cuentan con una serie de detectores secundarios que ayudan a descartar señales ambientales y que nada tienen que ver con las ondas gravitacionales.

Para González, fue crucial que ambos observatorios de LIGO hayan registrado la misma señal, pese a estar a 3.000 kilómetros de distancia. “Es algo que no ocurre al azar, de todos modos analizamos los datos para descartar que pudiera haberse debido a una coincidencia accidental. Y nos convencimos de que no era así”, afirma.

Por su parte, Díaz subraya que ambos observatorios realizaron detecciones similares, pero con una diferencia de siete milisegundos. Esa demora, producida por la distancia que media entre ambos detectores, les brindó el indicio de que la fuente de tales ondas gravitacionales provenía del hemisferio sur.

Consultada acerca de cómo concluyeron que el fenónemo que generó las ondas gravitacionales fue la fusión de dos agujeros negros, Gabriela González explica que la frecuencia y amplitud de la señal oscilatoria que registraron los detectores coincide prácticamente con exactitud con la que predice la Teoría General de la Relatividad para este tipo de eventos.

Respecto de la tecnología futura que permitirá detectar estas ondas gravitacionales, González advierte que el instrumento que operan en la actualidad todavía tiene el potencial para ser hasta diez veces mejor que los que operaban en 2010. De hecho, según explica, los que utilizaron entre agosto y enero tienen una sensibilidad tres o cuatro veces mejor que los anteriores y, según opina, mejorarán aún más ya que permitirán detectar más ondas gravitacionales. “Se está desarrollando tecnología para continuar mejorándolos. Hay conceptos para hacer otros detectores criogénicos, bajo tierra o de 40 kilómetros de largo en lugar de cuatro kilómetros. Esos conceptos, ahora que se ha abierto esta ventana, probablemente se cristalizarán más pronto”, completa.

-¿Dónde estabas y qué sentiste en el momento en que detectaron las ondas gravitacionales?
-Estaba durmiendo. Imaginate que las ondas llegaron a los detectores a las 5.50 de la mañana (hora local de Louisiana). Los días que siguieron no dormí mucho. Pero ese día estábamos todos dando vueltas como locos diciendo: “Es real, qué hacemos ahora, qué es lo próximo, cuántos datos tenemos que analizar”. Recién empezábamos a tomar datos, no sabíamos si esto podía ser un efecto del instrumental nuevo que no habíamos visto antes. Decidimos que debíamos tomar por lo menos cinco días de datos para estar seguros. Y después decidimos que necesitábamos por lo menos tener un mes de datos para poder tener una significancia, si es que no había otras cosas parecidas que pudiéramos llamar detección.

Por su parte, Mario Díaz reconoció con modestia que el hallazgo era motivo de orgullo. Al explicar la envergadura del acontecimiento, recuperó una analogía trazada por Gabriela, quien equiparó el impacto de la detección de las ondas gravitacionales en el campo científico con el impacto que tuvo el uso del telescopio en la observación de las estrellas por parte de Galileo Galilei. En esa línea, Díaz señaló que la confirmación de las ondas gravitacionales abre la posibilidad de ver el universo de otra manera.

El ADN de las ondas gravitacionales

El espacio no es rígido, sino flexible. Puede contraerse y expandirse; lo mismo ocurre con el tiempo. En ese marco, las ondas gravitacionales son perturbaciones del espacio-tiempo que viajan a la velocidad de la luz. Así lo explica Carlos Kozameh, investigador principal de Conicet y docente de la Facultad de Matemática, Astronomía y Física de la UNC.

Para clarificar, el físico propone un ejemplo: “Supongamos que estamos en el espacio, fuera de la atracción de la gravedad terrestre y hay dos naves, una próxima a la otra. Si en ese momento pasara una onda gravitacional entre ellas, lo que se observaría eventualmente es que las naves se acercan y luego se alejan, para quedar en una posición final. Esa distancia que había entre ambas en el espacio exterior no se mantiene constante, porque al ser atravesado por la onda gravitacional se contrae, se alarga y luego vuelve a una posición final”.

El origen de estas ondas gravitacionales se atribuye a la colisión de grandes objetos astronómicos en algún lugar del Universo. “Una vez que se generan, las ondas gravitacionales viajan a la velocidad de la luz. Y si, eventualmente, pasaran por la Tierra podría intentar detectárselas, que es lo que está haciendo el proyecto LIGO”, señala Kozameh.

La existencia de estas ondas fue predicha por Albert Einstein en 1916. “En aquel tiempo se pensaba que no era algo físicamente real y durante más de 60 años hubo una gran controversia en torno de ellas, ya que no se podía demostrar si transportaban energía, una de las propiedades más importantes de las ondas, como por ejemplo las electromagnéticas que permiten enviar señales de radio o televisión”, cuenta. Y completa: “La controversia se extendió hasta que en los ‘70 la existencia de las ondas gravitacionales quedó demostrada teóricamente y desde entonces empezó a verse de qué manera podía detectárselas”, explica.

De observar a escuchar el universo

Diferentes científicos coinciden en que la detección de las ondas gravitacionales tendrá un impacto radical en el campo de la astronomía. En términos simples, sostienen que el hallazgo abre la puerta para, ya no sólo observar el universo, sino también escucharlo. Así lo manifestó Gabriela González en la conferencia de prensa que ofrecieron los principales referentes científicos de LIGO.

Para Carlos Kozameh, el descubrimiento anunciado supone un concepto totalmente alternativo al del telescopio de ondas electromagnéticas, ya que el telescopio permite ver y el detector de ondas gravitacionales permite escuchar lo que está haciendo el Universo.

“Los eventos más catastróficos que uno puede imaginarse en el Universo -como por ejemplo que un agujero negro se devore una estrella, que colisionen dos agujeros negros o que una estrella explote en una supernova-, no pueden detectarse visualmente porque las ondas electromagnéticas son tapadas por otros procesos físicos o porque si es un agujero negro no se lo puede ver. Por lo tanto, la única manera de poder registrar estos fenómenos es mediante la detección de ondas gravitacionales que den información directa de lo que está ocurriendo en esos procesos catastróficos. Son dos maneras totalmente diferentes de captar la información”, explica.

En el mismo sentido, Diego García Lambas, director del Observatorio Astronómico de Córdoba, afirma que la detección de estas ondas abre nuevas perspectivas de lo que es hacer astronomía con ondas gravitacionales. Uno podría pensar que la astronomía es el conocimiento de lo que uno ve en el cielo, pero con los ondas gravitacionales uno haría astronomía de lo que uno siente en el cielo. Es como si uno recibiera vibración del cosmos y, a partir de esas vibraciones, sacara conclusiones de lo que las está produciendo”.

El Observatorio Astronómico de Córdoba y el proyecto TOROS

En 2014 el Observatorio Astronómico de Córdoba (OAC) firmó un memorándum de entendimiento con LIGO para participar en la detección de posibles fenómenos ópticos asociados al evento que genera las emisiones de ondas gravitacionales.

La colaboración se concreta a través del proyecto TOROS (Transient Optical Robotic Observatory of the South). En la actualidad, instrumentos piloto de esta iniciativa están ubicados en la Estación Astrofísica de Bosque Alegre y en el nuevo Observatorio Astronómico del cerro Macón, en la Puna Salteña.

El pasado 15 de septiembre, TOROS recibió la alarma de la detección de ondas gravitacionales procedente de LIGO y trabajó en la búsqueda de posibles evidencias ópticas en galaxias vecinas a la zona de procedencia de las ondas. Los datos provistos por TOROS serán analizados junto a los del resto de los observatorios participantes.

Una cordobesa con deseos de universos paralelos

Gabriela González es profesora de física y astronomía en la Universidad estatal de Louisiana (Estados Unidos), y vocera del proyecto LIGO. En esta entrevista, recuerda sus años de estudiante en la Universidad Nacional de Córdoba, la calidad de la formación académica que recibió en la Facultad de Matemática, Astronomía y Física, así como su anhelo de universos paralelos para poder disfrutar más tiempo en Córdoba.

-¿Qué período o momento de su paso por la UNC recuerda con más cariño?
-Yo ingresé a la UNC en 1983. Los mejores recuerdos no son tanto sobre mis estudios en física -que me dieron una formación académica buenísima-, sino las memorias de la reorganización del centro de estudiantes de lo que por entonces era el Instituto de Matemática, Astronomía y Física, hoy Facultad. El primer presidente de ese centro de estudiantes después de la dictadura fue Francisco Tamarit, el actual rector de la UNC.

-¿Cómo llegó a investigar las ondas gravitacionales?
-En mi época de universitaria me enamoré de la Teoría de la relatividad general de Einstein, sobre la cual hice mi tesis de licenciatura, bajo la dirección de Mario Díaz. Pero lo que me llevó a estudiar la medición de ondas gravitacionales que celebramos ahora fue Peter Saulson, el director y mentor en mis estudios de doctorado en la Universidad de Syracuse, New York. Él me demostró la belleza de poder medir perturbaciones en el espacio-tiempo, más que calcularlas.

-¿Qué rescata del sistema universitario público argentino?
-La educación universitaria en física que recibí en Argentina fue comparable a la de las mejores universidades. Cuando comencé mi doctorado, podía hablar con colegas mucho más avanzados que yo de una variedad de temas.

-Cuando inició su carrera científica, ¿imaginó participar en un proyecto colaborativo internacional de la envergadura de LIGO?
-¡No! Cuando empecé mi doctorado en los años ‘90, no entendía tanto como ahora que gran parte de la ciencia -ciertamente grandes descubrimientos como el que anunciamos- no son el producto de unos pocos científicos trabajando en un laboratorio de una institución, sino el trabajo de cientos de personas colaborando en diferentes aspectos, situados no sólo en muchas
instituciones distintas, sino en muchos lugares del mundo también.

-¿Visita regularmente la Argentina? ¿Qué es lo que más extraña?
-Visito a mi familia en Córdoba una o dos veces por año, y trato de visitar a mis colegas y amigos en la UNC cuando estoy allí. Lo que más extraño es la familia, los amigos y los colegas y activistas de la UNC. ¡Quisiera universos paralelos para vivir en varios lugares al mismo tiempo!

-¿Qué cree que distingue a los científicos argentinos de los del resto del mundo?
-La importancia que les da el país a la educación y a la ciencia y la actitud de que no sólo hace falta hacer ciencia, sino comunicarla y lograr que la ciencia contribuya al progreso colectivo en general.

Andrés Fernández
comunicacion@rectorado.unc.edu.ar
Mariana Mendoza y Andrés Fernández
Prosecretaría de Comunicación Institucional


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