¿Qué son las ondas gravitacionales?

Las ondas gravitacionales son ondas en la curvatura del espacio-tiempo que se mueven hacia afuera desde la fuente que las creó.

La teoría de las ondas gravitacionales de Albert Einstein, de 100 años de antigüedad, resultó ser correcta. Y ahora el descubrimiento ha sido reconocido con el Premio Nobel de Física 2017.

Los científicos que trabajan con el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser (Ligo) confirmaron por primera vez el descubrimiento de ondas gravitacionales en febrero de 2016. Un segundo conjunto desde donde se confirmó cuatro meses después, el 15 de junio.

Las primeras ondas detectadas, detectadas en los datos recopilados el 14 de septiembre de 2015, fueron el resultado de dos agujeros negros 36 y 29 veces más grandes que la masa de nuestro sol. El segundo conjunto de ondas gravitacionales se envió viajando a través del espacio-tiempo cuando chocaron dos agujeros negros de ocho y 14 veces la masa de nuestro sol.

Esta colisión ocurrió hace 1.400 millones de años y creó un agujero negro que tenía 21 veces la masa del sol. Un valor adicional de la masa solar se transformó en energía gravitacional. La segunda detección fue “muy fuerte” a pesar del tamaño más pequeño de los agujeros negros.

La colaboración científica involucró a aproximadamente 90 instituciones académicas y científicas de más de 15 países, incluidos MIT y Caltech. Los profesores Kip Thorne, Barry Barish y Rainer Weiss recibieron el Premio Nobel de Física 2017 por “sus decisivas contribuciones al detector Ligo y la observación de ondas gravitacionales”.

“Estamos encantados de saber que el Premio Nobel de Física de 2017 ha pasado a detectar ondas gravitacionales”, dijo la profesora Sheila Rowan, directora del Instituto de Investigación Gravitacional de la Universidad de Glasgow y una de las líderes de Ligo del Reino Unido. “El descubrimiento de la existencia de ondas gravitacionales, hace poco más de dos años, abrió una forma completamente nueva de entender el universo”.

El profesor Mark Hannam de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Cardiff se hizo eco del sentimiento y dijo: “Ya sabía que había ondas gravitacionales. Ya sabía que había agujeros negros. Lo que hicieron Kip Thorne, Barry Barish y Rainer Weiss fue construir la primera máquina lo suficientemente sensible como para poder medir directamente ondas gravitacionales. Les tomó más de cuarenta años y el resultado fue el dispositivo de medición más sensible jamás fabricado. Es una nueva herramienta increíble que acaba de comenzar a transformar nuestra comprensión del universo. “

La investigación de ondas gravitacionales ha sido reconocida previamente por varias instituciones. En noviembre de 2016, Sheila Rowan y su equipo de la Universidad de Glasgow se llevaron a casa el premio DyN Noticias Audi Innovation Award al mejor descubrimiento científico del año por su trabajo en el proyecto Ligo.

Y en diciembre de 2016, Physics World otorgó el descubrimiento con el Avance del año. “Lo que Ligo ha logrado, especialmente en un espacio de tiempo relativamente corto, es realmente increíble”, dijo el editor de Physish World, Hamish Johnston.

David Reitze de Caltech, director ejecutivo del Laboratorio Ligo, agregó que está “extremadamente complacido” con los esfuerzos y logros que han sido reconocidos, continuando: “Ligo ha abierto una nueva ventana al cosmos. ¡Estamos ansiosos por descubrir qué nuevos secretos nos revela el universo a través de ondas gravitacionales! “

¿Qué son las ondas gravitacionales?

En 1905, el innovador trabajo de Albert Einstein demostró que la velocidad de la luz en el vacío es independiente del movimiento de todos los observadores y que las leyes de la física son las mismas para todos los observadores que no aceleran. Esto se conoce como teoría de la relatividad especial.

La teoría explica el comportamiento de los objetos en el espacio y el tiempo y puede usarse para predecir todo, desde la existencia de agujeros negros hasta la curvatura de la luz debido a la gravedad y el comportamiento del planeta Mercurio en su órbita.

Según Einstein, quien las predijo por primera vez en 1916 después de formar su teoría de la relatividad general, las ondas gravitacionales son ondas en la curvatura del espacio-tiempo que se mueven hacia afuera desde la fuente que las creó. Argumentó que el espacio-tiempo, cualquier modelo matemático que combine el espacio y el tiempo, crearía ondas que se mueven en el universo a la velocidad de la luz.

Ligo afirma que las ondas son “causadas por algunos de los procesos más fuertes” y que tienen su origen en el universo y la naturaleza de la gravedad. “Con estas ondas gravitacionales no es otra parte del espectro electromagnético, es un espectro completamente nuevo en sí mismo, es una forma completamente diferente de obtener información de las cosas”, dijo Anthony Lasenby del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge para DyN Noticias.

Leer más: Se detectaron ondas gravitacionales por segunda vez

“Hay información que nos transporta y puede decirnos sobre aspectos de las fuerzas astrofísicas y cosas de principio, como el universo primitivo, que simplemente no podríamos obtener de otra manera”.

Es posible crear tu propia versión de ondas gravitacionales, para visualizar sus efectos, usando lycra, mármol y pesos.

Extienda lycra spandex usando pesas y luego use ruedas unidas a un avión de madera para simular un par de agujeros binarios negros. Gírelos a 18 revoluciones por segundo por encima de la lycra extendida, y las ondas resultantes son equivalentes a las ondas gravitacionales experimentadas en el espacio-tiempo. Más información e instrucciones están disponibles en el sitio web de The Kids Should See.

Las ondas gravitacionales no deben confundirse con las ondas gravitacionales. Las ondas gravitacionales atmosféricas se forman cuando la flotabilidad empuja el aire hacia arriba y la gravedad lo empuja hacia abajo. Cuando cae al fondo de la ola, también conocida como canalón, el aire llega a la superficie del océano. Esto “endurece” el agua.

Esto crea largas líneas verticales oscuras que se pueden ver en imágenes de satélite que muestran dónde las canaletas de ondas gravitacionales han endurecido la superficie. Las crestas de las ondas atmosféricas pueden verse como áreas brillantes en las mismas imágenes de satélite. En comparación, el agua debajo de la cresta está tranquila y refleja la luz hacia el sensor. Las nubes generalmente se forman en las crestas de las olas.

¿Por qué son importantes las ondas gravitacionales?

El descubrimiento de las olas es “profundo”, dijo Lasenby. ¿La razón? Crean sistemas que nos permiten mirar el universo de formas que antes no habían sido posibles. De la misma manera que los espectros infrarrojos y de rayos X han permitido a las personas mirar hacia las profundidades del espacio, las ondas gravitacionales abren nuevas posibilidades para la investigación.

Los científicos coinciden casi universalmente en la existencia de ondas, pero hasta febrero de 2016 eran evasivas.

¿Por qué las ondas gravitacionales son tan difíciles de detectar?

A medida que las ondas gravitacionales atraviesan el universo, su interacción con todo lo que las rodea es “minúscula” en comparación con otros tipos de ondas. Según investigadores de la Universidad de Cardiff, “una explosión de supernova en nuestra propia galaxia emitiría una radiación gravitacional bastante fuerte, pero un anillo de 1 km no deformaría más de mil del tamaño de un núcleo atómico”. Leer más: ¿Qué es la teoría de la relatividad de Einstein?

Lasenby dice que “sólo recientemente” se han creado sensores con “la sensibilidad adecuada” para detectar la capacidad de posiblemente encontrar dónde. El experimento de Ligo utiliza interferómetros, que se dice que detectan pequeñas cantidades de radiación gravitacional.

Los interferómetros se utilizan en muchos campos de la ciencia y la ingeniería y se denominan interferómetros porque combinan dos o más fuentes de luz para crear lo que se conoce como modelo de interferencia.

Los interferómetros fueron inventados por Albert Michelson, y el interferómetro de Michelson se utilizó por primera vez en 1887 en el “Experimento Michelson-Morley”. Este experimento fue creado para estudiar lo que se conoce como “éter luminoso”. A finales del siglo XIX, se creía que este éter estaba presente en el universo. Los láseres han permitido estudiar medidas diminutas, como las que utiliza Ligo.

¿Qué es Ligo?

El proyecto de investigación es uno de los observatorios de ondas gravitacionales más grandes del mundo y se extiende por dos sitios en los Estados Unidos, uno en Washington y el otro en Louisiana.

Es el observador de ondas gravitacionales más grande del mundo y estudia las propiedades de la luz y el espacio para detectar el origen de las ondas gravitacionales.

El proyecto Advanced Ligo, que comenzó a utilizarse en octubre de 2015 después de un rediseño de siete años, fue diseñado por el personal del Instituto de Tecnología de California y el personal del Instituto de Tecnología de Massachusetts, pero involucra a investigadores de 80 instituciones de todo el mundo. “En lo que se especializa Ligo es en observar estas frecuencias bastante rápidas de eventos de 10 hertz a 1000 hertz que corresponden a cosas astrofísicas extremas”, dijo Lasenby.

Para ello, el interferómetro tiene dos brazos de 4 km de largo en los que los rayos láser brillan reflejando los espejos en cada extremo. “Los científicos de Ligo pueden buscar el patrón de cambios en la longitud del brazo que esperamos de diferentes tipos de fuentes de ondas gravitacionales: si ven el modelo, sabrán que ha pasado una onda gravitacional”, dice el proyecto.

El sistema busca cuatro categorías diferentes de ondas gravitacionales, cada una con sus propios patrones que podrían ser notados por el equipo.

Además del Ligo, el radiotelescopio más grande del mundo en China se completó en septiembre de 2016. Telescopio esférico doble con una apertura de quinientos metros (rápido), el telescopio tiene la apertura más grande del mundo, a 500 metros, y tiene un área total igual a 30 campos de fútbol. No solo supera al Observatorio de Arecibo, que alguna vez fue el telescopio de apertura única más grande del mundo, en tamaño, sino también en términos de sensibilidad y rendimiento general.

Una vez que esté en pleno funcionamiento, Fast buscará espacio para las ondas gravitacionales, las galaxias y el origen de la vida.

Contenido

La investigación realizada el año pasado en colaboración con Ligo-Virgo encontró que los agujeros binarios negros que encontró y se dice que son responsables de las ondas gravitacionales pueden ser entidades primordiales que se formaron inmediatamente después del Big Bang.

Basado en la relatividad general, el equipo de investigación de la Universidad de Kioto estudió la frecuencia con la que se unen los agujeros negros. Los agujeros binarios negros encontrados por el equipo de Ligo-Virgo encajarían en esta teoría si fueran primordiales y constituyesen una milésima parte de toda la materia oscura del universo.

Las pistas primordiales de los agujeros negros se discutieron intensamente en la década de 1990, pero las observaciones sugirieron que eran limitadas. En la actualidad, nadie ha encontrado agujeros negros primordiales, lo que hace posible que las observaciones de Ligo-Virgo sean las primeras de su tipo.

Si otros datos apoyan esta observación, podría marcar el primer hallazgo confirmado de un agujero negro primordial, guiando las teorías sobre los inicios del universo.

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