Detección de ondas gravitacionais

Experimento LIGO

Hoxe, 11-2-2016, confírmase a existencia de ondas gravitacionais. Un interesante achado para a cosmoloxía que nos permitirá coñecer o que sucedía no Universo instantes despois do Big-Bang. Chegan a nós estas ondas procedentes da fusión de dous buracos negros supermasivos (29 e 36 veces respectivamente a masa do noso Sol) que tivo lugar hai 1300 millóns de anos e que xerou un novo buraco de 62 veces a masa do noso Sol. As 3 masas solares de diferenza (29+36=65;  65=62+3) transformáronse en enerxía. E esta enerxía xerada na colisión propagouse polo espazo en forma de ondas gravitacionais que foron detectadas no LIGO (Observatorio de Interferometría LÁSER de Ondas Gravitacionais, situado en Estados Unidos).

Impression of GW generation

A interferometría LÁSER permite detectar a perturbación que a presenza dunha destas ondas  pode xerar na lonxitude dun túnel polo que circula un feixe de luz LÁSER. A técnica consiste nun feixe LÁSER que é dividido en dous camiños perpendiculares entre sí (dous túneles en forma de L de brazos iguais de 4km de lonxitude). Ao chegar ao final do brazo, cada LÁSER rebota contra un espello e volve.

Tunnel

Detéctase a suma dos sinais procedentes da luz de retorno nos dous brazos. Cando unha onda gravitacional está presente, produce a contracción dun dos brazos, así que a luz procedente dos dous brazos non chega ao detector ao mesmo tempo, e isto produce un sinal diferente no detector, pois os feixes de luz interfiren de xeito distinto. Este sinal é o testigo de que, efectivamente, cambiou a lonxitude dun dos camiños.

Tal como prediciu Einstein no ano 1916, unha onda gravitacional perturba o espazo-tempo, así que pode modificar a lonxitude dun dos túneles polos que circulan os feixes LÁSER. Sabede que esta modificación que a onda gravitacional produce na lonxitude do túnel de 4km é do tamaño da dezmilésima parte do diámetro do núcleo atómico (algo así como o tamaño dun balón de fútbol comparado co da Vía Láctea), pero o detector do LIGO é a ferramenta máis sensible do mundo.

Einstein dicía que os obxectos con masa deforman ao seu paso o espazo e o tempo, como unha bola nunha tela elástica. Esta transformación do espazo fíxose patente no acortamento da lonxitude do túnel do LIGO a causa da presenza dunha onda gravitacional.

Einstein xa predixera a existencia das ondas gravitacionais dentro da súa Teoría Xeral da Relatividade. A cantidade de materia implicada na colisión entre buracos negros produce unha pérdida de masa que se converte nunha altísima cantidade de enerxía (E=mc2), enerxía que despois se propagaría polo Universo en forma de ondas gravitacionais. Estas ondas deformarían o espazo-tempo ao seu paso. Por fin podemos dicir que xa foron detectadas co interferómetro do LIGO.

Ábrese un importantísimo camiño á astronomía e cosmoloxía, pois podemos explorar o Universo non soamente analizando a radiación electromagnética (luz de diferentes lonxitudes de onda) que nos chega, senon tamén a través do estudo destas ondas, cuxo comportamento parece semellante ao das ondas de son. Agora poderemos analizar obxectos distantes que non se poden ver con luz, como os buracos negros, e analizar eventos que non soamente xeran luz, senon tamén ondas gravitacionais.

Aparte de LIGO, este ano comezará a funcionar unha versión mellorada doutro gran observatorio de ondas gravitatorias en Europa: VIRGO. Ademais, tamén lanzouse o LISA Pathfinder, unha misión de demostración para un futuro observatorio espacial deste tipo de fenómenos.