Barry Barish, Kip Thorne y Rainer Weiss, galardonados con el premio Nobel de física de 2017 por sus aportaciones decisivas a los interferómetros de ondas gravitacionales. [Colaboración LIGO/Caltech]
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Ondas gravitacionales
En febrero de 2016, las colaboraciones LIGO y Virgo anunciaron la primera detección directa de ondas gravitacionales. El hito culminaba una carrera experimental de más de cinco décadas y marcaba el nacimiento de una nueva era en la exploración del cosmos. Pero ¿qué son las ondas gravitacionales? ¿Por qué resultan tan difíciles de observar? ¿Cuándo se obtuvieron los primeros indicios de su existencia? ¿Nos permitirán algún día «ver» la gran explosión que dio origen al universo? Este monográfico digital (en PDF) te ofrece una selección de los mejores artículos publicados en Investigación y Ciencia sobre la búsqueda científica y técnica de uno de los fenómenos más elusivos predichos por la teoría de la relatividad de Einstein.
Como muchos habían augurado, la Academia Sueca de las Ciencias ha otorgado este año el premio Nobel de física a Rainer Weiss, Barry C. Barish y Kip. S. Thorne «por contribuciones decisivas al detector LIGO y la observación de ondas gravitacionales». La mitad del galardón ha sido concedida a Weiss, mientras que la otra mitad ha ido a parar conjuntamente a Barish y Thorne.
En los años setenta, los hoy laureados pusieron los pilares de una carrera científica y tecnológica que culminaría con éxito el 14 de septiembre de 2015. Ese día los instrumentos del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO), en EE.UU., detectaron de manera directa las perturbaciones del espaciotiempo generadas por una colisión de agujeros negros ocurrida en una galaxia distante. Tras cinco meses de análisis, sazonados en la recta final por varios rumores sobre el descubrimiento, el hallazgo se hizo finalmente público el 11 febrero de 2016, día que marcaría de manera oficial el nacimiento de la astronomía gravitacional. Desde entonces el laboratorio LIGO ha confirmado la observación de otros cuatro eventos similares, el último de ellos la semana pasada. Esta última detección contó con la particularidad de ser la primera en la que también participaba el experimento gemelo Virgo, en Italia.
Las ondas gravitacionales constituyen una predicción inequívoca de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, formulada hace más de un siglo. Según esta, el espacio y el tiempo pueden entenderse como una sustancia maleable cuya geometría se ve deformada por la presencia de materia y energía. Y, de manera similar a como una palmada genera ondas sonoras que se propagan por el aire, ciertos fenómenos astrofísicos muy violentos deberían generar perturbaciones en el espaciotiempo que se propagan a la velocidad de la luz. Tales perturbaciones son las ondas gravitacionales.
El experimento LIGO consta de dos interferómetros situados a 3000 kilómetros de distancia uno del otro. Cada uno de ellos posee dos gigantescos brazos perpendiculares de unos 4 kilómetros de longitud y por los cuales circula un haz láser. A su paso, una onda gravitacional modifica levemente la longitud relativa de los brazos, lo que en principio puede detectarse mediante técnicas interferométricas. El problema reside en que dichos cambios de longitud son minúsculos: del orden de la milésima parte del radio de un protón. Así pues, la mayor dificultad técnica a la que se enfrentan estos experimentos consiste en aislar las señales fidedignas de otras posibles fuentes de ruido, las cuales van desde terremotos ocurridos en cualquier parte del mundo hasta vientos, olas oceánicas o la propia actividad humana.
A principios de los años setenta, Weiss, del Instituto de Tecnología de Massachusetts, identificó la mayor parte de las fuentes de ruido a las que habría de hacer frente un detector de ondas gravitacionales. Hacia la misma época, Thorne, del Caltech, comenzó a colaborar con el hoy fallecido Ronald Drever, quien ya había empezado a trabajar en los primeros prototipos en Glasgow. En 1994, Barish, también del Caltech, fue nombrado líder del proyecto LIGO y logró transformar lo que hasta entonces era un pequeño grupo de investigación de unas 40 personas en una gran colaboración internacional con más de mil miembros. En España forman parte de las colaboraciones LIGO y Virgo sendos grupos de la Universidad de las Islas Baleares y de la Universidad de Valencia.
La detección de ondas gravitacionales constituye un hito científico de primer orden por varias razones. No solo ha permitido confirmar una predicción clave de la teoría general de la relatividad, sino que ha abierto el camino para explorar el universo con una herramienta completamente nueva: la radiación gravitatoria emitida por procesos astrofísicos violentos, como las colisiones de agujeros negros observadas hasta ahora. Por supuesto, todo ello sin dejar de lado el impresionante logro tecnológico que supone la detección de un fenómeno tan sutil.
Cabe recordar que las ondas gravitacionales ya formaron parte de uno de los reconocimientos anteriores de la Academia Sueca. En 1993, el premio Nobel de física fue otorgado a Russell Hulse y Joseph Taylor por el descubrimiento de un pulsar binario que, de manera indirecta, permitió inferir por primera vez la energía emitida por un sistema astrofísico en forma de ondas gravitacionales. El galardón concedido hoy recompensa una carrera científica que, tras décadas de esfuerzos, desembocaría en la detección directa del fenómeno.
Con motivo de la concesión del premio, Investigación y Ciencia ofrece de manera gratuita durante todo el mes de octubre el artículo «La observación de ondas gravitacionales con LIGO», publicado en febrero de 2017 por Alicia Sintes y Borja Sorazu, miembros de la Colaboración LIGO. Aquí pueden consultarse todos los artículos publicados por premios nóbel en Investigación y Ciencia.
Fuente: Fundación Nobel (nota de prensa, información para el público general, información avanzada)
