Innovaciones en la detección de ondas gravitacionales
En septiembre de 2015, una vibración que duró solo una quinta parte de un segundo cambió la historia de la física. Fue la primera detección directa de ondas gravitacionales, perturbaciones en la geometría del espacio-tiempo que se mueven a través del Universo a la velocidad de la luz.
Los astrónomos dicen que fue como adquirir un nuevo sentido, como si, hasta el 2015, solo hubieran podido «ver» eventos cósmicos y ahora también pudieran «oírlos». Desde entonces, se ha vuelto casi una rutina diaria registrar el paso de ondas gravitacionales en las dos enormes instalaciones del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO) en Luisiana y el estado de Washington, junto con su observatorio hermano Virgo cerca de Pisa, Italia.
La detección de ondas gravitacionales ha proporcionado nuevas formas de explorar las leyes de la naturaleza y la historia del Universo, incluidas pistas sobre la historia de los agujeros negros y las grandes estrellas de las que se originaron. Para muchos físicos, el nacimiento de la ciencia de las ondas gravitacionales fue un punto brillante en la década pasada. Otros campos prometedores de exploración han decepcionado: las búsquedas de materia oscura han seguido sin dar resultados; el Gran Colisionador de Hadrones cerca de Ginebra no ha encontrado nada más allá del bosón de Higgs; e incluso algunas pistas prometedoras de una nueva física parecen desvanecerse. «En este paisaje bastante plano, la llegada de las ondas gravitacionales fue como un soplo de aire fresco», dice Caprini.
Ese punto brillante parece destinado a volverse aún más brillante.
Todos los más de 100 eventos de ondas gravitacionales detectados hasta ahora han sido solo una pequeña muestra de lo que los físicos piensan que está ahí fuera. La ventana abierta por LIGO y Virgo fue bastante estrecha, limitada principalmente a frecuencias en el rango de 100-1,000 hertzios. A medida que pares de estrellas o agujeros negros pesados giran lentamente el uno hacia el otro, durante millones de años, producen ondas gravitacionales de frecuencia cada vez mayor, hasta que, en los momentos finales antes de que los objetos colisionen, las ondas se propagan en este rango detectable. Pero este es solo uno de los muchos tipos de fenómenos que se espera que produzcan ondas gravitacionales.
LIGO y Virgo son interferómetros láser: funcionan detectando pequeñas diferencias en el tiempo de viaje de los láseres disparados a lo largo de brazos perpendiculares, cada uno con unos pocos kilómetros de longitud. Los brazos se expanden y contraen en cantidades minúsculas a medida que las ondas gravitacionales los atraviesan. Los investigadores están trabajando en varias observatorios de próxima generación tipo LIGO, tanto en la Tierra como en el espacio, como la Antena Espacial de Interferometría Láser; algunos incluso han propuesto construir uno en la Luna. Algunos de estos podrían ser sensibles a las ondas gravitacionales en frecuencias tan bajas como 1 Hz.
Pero los físicos también están explorando técnicas completamente diferentes para detectar ondas gravitacionales. Estas estrategias, que van desde observar púlsares hasta medir fluctuaciones cuánticas, esperan capturar una variedad mucho más amplia de ondas gravitacionales, con frecuencias en el rango de megahercios a nanohercios.
Al ampliar su ventana de observación, los astrónomos deberían poder observar agujeros negros orbitándose entre sí durante días, semanas o incluso años, en lugar de solo captar los últimos segundos antes de la colisión. Y podrán detectar ondas producidas por fenómenos cósmicos totalmente diferentes, incluidos los mega agujeros negros e incluso el inicio del Universo mismo. Todo esto, dicen, abrirá muchos secretos restantes del cosmos.
Arrays de temporización de púlsares: capturando ondas que duran una década
El año pasado, una alternativa viable a los interferómetros entró en juego.
Desde principios de los años 2000, los astrónomos de radio han estado intentando utilizar toda la Galaxia como un detector de ondas gravitacionales. El truco consiste en monitorear docenas de estrellas de neutrones llamadas púlsares. Estos giran sobre su eje cientos de veces por segundo mientras emiten un haz de radiofrecuencia, lo que produce lo que parece un pulso de luz en cada giro.
Las ondas gravitacionales que barren la Galaxia cambiarían la distancia entre la Tierra y cada púlsar, creando anomalías en las frecuencias de púlsa…