Onda gravitatoria
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En física una onda gravitatoria es una perturbación del espacio-tiempo producida por un cuerpo masivo acelerado.
Sumario
Definición
Onda gravitatoria es la expresión que se utiliza en idioma español para aludir a una fluctuación o vibración de carácter concéntrico, invisible y muy veloz que se produce en el universo. En 2017, los norteamericanos Kip S. Thorne, Barry C. Barish y Rainer Weiss fueron distinguidos con el Premio Nobel de Física por sus concluyentes aportes a un instrumento bautizado como LIGO y a su valioso trabajo en relación a las ondas gravitacionales.
Acerca de
El vertiginoso desplazamiento de este fenómeno bastante complejo de detectar que no llega a ser reflejado ni detenido por nada, según han determinado los expertos que lo han analizado, es equivalente a la velocidad de la luz. A medida que avanza, cada onda gravitatoria provoca alteraciones en el espacio-tiempo (alargándolo en una dirección y acortándolo en otra) a partir de la contracción y el estiramiento de todo aquello que se cruce en su trayecto, distorsionando así al espacio y afectando a la radiación. Fue Albert Einstein, en el marco del contenido de la teoría de la relatividad, quien planteó la existencia de las ondas gravitatorias y, desde entonces, no se detienen las investigaciones, ideas e hipótesis sobre ellas.
El profesor, matemático y físico teórico John Dyson, por ejemplo, llegó a aventurar la posibilidad de transformar en energía a esta clase de onda, mientras que un grupo de astrónomos logró detectar el zumbido o efecto sonoro ocasionado por estas vibraciones que nacen, por ejemplo, cuando chocan o se fusionan dos agujeros negros. También podrían ser causadas por un par de grandes estrellas orbitando entre ellas, la vibración de cuerdas cósmicas, la fusión de estrellas de neutrones o por una supernova.
Propiedades de una onda gravitatoria
Antes de centrar la atención en las propiedades de una onda gravitatoria es sumamente importante señalar que, si bien este evento fue predicho hace muchísimos años, recién en 2015 se consiguió detectar por vez primera a las ondas gravitatorias. El logro se concretó gracias a la sensibilidad y precisión de LIGO (Observatorio de ondas gravitacionales por interferometría láser), instrumento que captó en ese entonces ondulaciones asociadas a una muy antigua colisión de agujeros negros que se fusionaron hace más de un millón de años desparramando en ese acto una energía semejante a aproximadamente tres masas solares. Quizás, se esperanzan los especialistas en este asunto, las ondas gravitatorias sean útiles para comprender y poder establecer fehacientemente, entre otras cuestiones, cuáles son las señas distintivas de la materia oscura, qué propiedades hasta ahora desconocidas ostentan los cuerpos celestes y qué aconteció apenas sucedió el Big Bang con la radiación y la materia.
También es interesante tener en cuenta que se ha vinculado al intercambio de más de un gravitón emparentado con las llamadas ondas gravitacionales con el surgimiento de la gravedad que, allá lejos y hace tiempo desde la perspectiva de Einstein, es una consecuencia de la curvatura del espacio-tiempo.
Otro dato que merece ser resaltado: una onda gravitatoria tiene la capacidad de crear luz a medida que fluye a lo largo de la materia, cuya densidad es determinante respecto a los rasgos o particularidades de cada una de las emisiones. Por otra parte, vale mencionar que el análisis de la colisión que protagonizaron estrellas de neutrones de acuerdo a lo detectado permiten sugerir que tanto una partícula de luz y las ondas electromagnéticas como las ya citadas ondas gravitatorias perciben cuatro dimensiones (estas son el tiempo y, las restantes, dimensiones espaciales).
Descubrimiento y detectores
Líneas arriba comentamos que el descubrimiento oficial de las ondas gravitatorias data de 2015 y que, para ese hallazgo, fue clave la utilización de LIGO. Pero el desarrollo de detectores no se limita a ese equipo en condiciones de detectar ondas gravitacionales de alta frecuencia cuya longitud de onda se calcula en torno a los 2900 kilómetros.
Existen, asimismo, un instrumento bautizado como VIRGO (detector de ondas gravitacionales) y un observatorio japonés de este tipo de ondas que se ha nombrado como KAGRA.
Los tres se complementan a fin de enriquecer y revolucionar a la astronomía de ondas gravitacionales, además de recopilar datos valiosos para ampliar el saber humano en cuanto a las características del universo.
Con tecnología y avances en investigaciones científicas, incluso, se han podido divisar, no hace mucho tiempo, ondas gravitacionales que presentan baja frecuencia pero muy largas longitudes de onda. NANOGrav (Observatorio Norteamericano de Nanohercios para Ondas Gravitacionales), por sumar otra referencia, se gestó con la intención de establecer qué frecuencias tienen las ondas gravitacionales. El ambicioso proyecto ha llevado a involucrarse a casi doscientos científicos que se han ido encargando de rastrear, durante años y apelando a tres radiotelescopios, ondas de radio vinculadas a decenas de pulsares. A corto y mediano plazo, el desafío para los especialistas en el uso e interpretación de interferómetros es mejorar los equipos existentes y desarrollar detectores más innovadores que ofrezcan un mayor alcance, más precisión y una sensibilidad superior en comparación a los instrumentos diseñados hasta el momento.
Objetos emisores de ondas gravitatorias
La amplitud predicha para estas ondas y los efectos observables son muy débiles, de modo que su detección directa es extremadamente difícil. La amplitud, de hecho, es muy inferior al ruido vibracional procedente de otras fuentes. Tan solo los fenómenos más violentos del universo producen ondas gravitatorias susceptibles de ser detectadas.
Los objetos que deberían emitir ondas de gravedad detectables de manera directa son objetos muy masivos sometidos a fuertes aceleraciones o cuerpos masivos no homogéneos rotando a gran velocidad. Se espera poder encontrar ondas gravitatorias producidas en fenómenos cataclísmicos como:
• La explosión de una supernova.
• La formación de un agujero negro.
• El choque de cuerpos masivos como estrellas de neutrones o la coalescencia de agujeros negros.
• La rotación de una estrella de neutrones heterogénea.
• Radiación gravitatoria remanente del Big Bang. Este último caso ofrecería datos únicos sobre la formación del universo en el periodo anterior a la edad oscura del universo en la que el universo era opaco a la radiación electromagnética.
• (Cualquier objeto con masa y aceleración produce ondas gravitatorias, dependerá de la precisión del equipo para poder cuantificarlas, actualmente solo hemos logrado captarlas con sucesos de una energía muy elevada).
Evidencia experimental
La historia de la detección de ondas gravitatorias se inició en la década de 1960 con J. Webber en la Universidad de Maryland, donde se construyó el primer detector de barras: era un cilindro masivo de aluminio (~ 2•103 kg) que funcionaba a temperatura ambiente (300 K) con una frecuencia de resonancia de aproximadamente 1600 Hz. Este primer prototipo tenía una sensibilidad moderada de alrededor 10-13 m o 10-14 m.
A pesar de esta baja sensibilidad, a finales de 1960 Webber anunció la detección de una población de eventos coincidentes entre dos barras similares a una tasa mucho más alta de lo esperado si la fuente fuera el ruido instrumental. Esta noticia estimuló a otros grupos en Glasgow, Múnich, París, Roma, los Laboratorios Bell, Stanford, Rochester, LSU, MIT, Beijing y Tokio para construir y desarrollar detectores de barras para comprobar los resultados de Weber. Desgraciadamente, para Webber y para la idea de que las ondas gravitatorias eran fáciles de detectar, ninguno de los otros grupos confirmó las observaciones, que nunca se pudieron explicar. Sin embargo, la falta de confirmación no supuso evidencia contraria a la existencia de las ondas gravitatorias, ya que los cálculos teóricos pronosticaban que las señales serían demasiado débiles para que se pudieran observar con estos detectores
Desde 1980 hasta 1994, el desarrollo de detectores tomó dos direcciones diferentes: • Detectores de barras criogénicas, desarrollado principalmente en Roma / Frascati, Stanford , LSU y Perth (Australia). El mejor de estos detectores alcanza una sensibilidad de 10.
• El interferómetro, desarrollado en el MIT, Garching, Glasgow, Caltech y Tokio. La sensibilidad típica de estos prototipos era de 10-18 metros, la milésima parte del tamaño de un protón. El experimento de Glasgow/Garching en 1989 fue el primero realizado con estos detectores.
Este descubrimiento experimental se considera como la demostración de la existencia de ondas gravitatorias. Por este motivo, Hulse y Taylor recibieron el Premio Nobel de Física del año 1993. Más recientemente (2005), se ha descubierto un segundo púlsar binario, PSR J0737-3039, cuyo comportamiento parece confirmar también las predicciones de la relatividad general con respecto a la energía emitida en forma de ondas gravitatorias. El púlsar binario tiene una órbita cuya distancia decae en unos 7 mm por día.
En marzo de 2014, astrónomos del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsoniano (CFA) anunciaron la detección por primera vez las ondas gravitatorias durante el período explosivo de crecimiento del universo llamado inflación. Los hallazgos fueron realizados con la ayuda del BICEP2, un telescopio situado en el Polo Sur, durante experimentos llevados a cabo desde 2006 que buscaban anomalías en la polarización de la radiación de fondo de microondas. Sin embargo, más adelante, otros grupos señalaron la presencia de unos artefactos experimentales que podrían afectar a las observaciones.
El 11 de enero de 2016, saltaron rumores de una detección directa realizada en el LIGO. Un mes después de la filtración, la detección fue confirmada por investigadores del LIGO, el 11 de febrero de 2016. Estas ondas gravitatorias fueron observadas por primera vez el 14 de septiembre de 2015, a las 5:51 a. m. ET por ambos detectores LIGO, asignándole el nombre GW150914 (GW, por onda gravitatoria, seguido del año, del mes y del día) . La fuente de emisión de GW150914 se identificó como la fusión en un agujero negro de un sistema binario de agujeros negros que tuvo lugar hace 1300 millones de años, a diferencia de las detecciones pasadas que fueron indirectas esta es la primera vez que se confirma la detección directa de ondas gravitatorias.
Fuentes
- Tomado de:https://es.wikipedia.org/wiki/Onda_gravitatoria/Consultado hoy día 27 de Noviembre del 2023.
- Tomado de: https://definicion.de/onda-gravitatoria/Consultado hoy día 27 de Noviembre del 2023.
- https://www.agenciasinc.es/Noticias/Las-ondas-gravitacionales-explicadas-para-principiantes
