¿Por qué se han invertido 600 millones de dólares en buscar ondas gravitacionales?

El pasado 11 de febrero fue un gran día para la ciencia. Por primera vez se detectó de forma directa la existencia de ondas gravitacionales, unas perturbaciones del espacio-tiempo predichas por Einstein en su Teoría General de la Relatividad  y que los científicos se han afanado en buscar durante decenios.

No solo confirman que Einstein (y la astrofísica actual) está en lo cierto, sino que además dotan a los astrónomos de una nueva herramienta para explorar el Universo, junto a la luz capturada en los telescopios. Al igual que se puede escuchar el rugido de un león en la oscuridad de la noche, ahora los físicos pueden buscar los bramidos de la gravedad que se producen en ciertos lugares. Allá donde una supernova estalle o dos agujeros bailen antes de fundirse en un colosal abrazo, por ejemplo, la gravedad es tan intensa que puede llegar a la Tierra tras recorrer miles de millones de años luz de distancia en forma de perturbaciones infinitamente minúsculas.

El equipo de LIGO, (de Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), ha sido uno de los principales responsables de que la ciencia esté ahora aprendiendo a escuchar la gravedad. Ellos han sido los que han detectado la priemera onda, y ellos son los que permitirán explorar el Universo en busca de objetos muy masivos que se muevan muy rápidamente y cuyas deformaciones puedan llegar hasta la Tierra. Gracias a esto, se podrá obtener mucha información nueva, y más adelante incluso puede que se pudiera escuchar el sonido de la gravedad que dejó el Big Bang.

Amber L. Stuver, científica del equipo de LIGO, recuerda cómo fue el descubrimiento y qué está por venir. También explica por qué los científicos llevan 20 años buscando las ondas gravitacionales y por qué se han invertido en ello más de 600 millones de dólares.

Amber L. Stuver (Penn State University)

 P-¿En qué consiste la investigación que se lleva a cabo en LIGO?

En LIGO, trabajamos para hacer detecciones directas de ondas gravitacionales. Sabemos que existen porque observamos sus efectos sobre los objetos del Universo (esto supuso la entrega del Premio Nobel de Física en 1993). Si podemos detectarlas cuando llegan hasta nosotros, podemos usar la forma de la señal para decodificar información acerca del sistema que generó esas ondas. Y esto es exactamente lo que hemos hecho con la primera detección de ondas gravitacionales anunciada el jueves.

P-¿Por qué es tan importante detectar ondas gravitacionales? ¿Esto va a cambiar la astrofísica?

¡Esta detección es importante por muchas razones! Además de ser capaz de usarlas com o una nueva forma de observar el Universo, hemos hecho enormes avances en la tecnología solo para poder hacer estas mediciones. (La mayor parte de la onda gravitacional que hemos detectado apenas cambió la longitud de nuestros cuatro kilómetros de túnel en menos de la milésima parte del diámetro de un protón). Hemos construido sistemas de aislamiento sísmico que solo dejan que llegue a los detectores la billonésima parte de la energía procedente de las vibraciones del suelo. Tenemos algunos de los espejos pulidos con mayor precisión en la historia. Hemos desarrollado un software para separar las señales procedentes de ondas gravitacionales del ruido que siempre estamos midiendo. Cada uno de estros pasos fue necesario para que hiciéramos nuestro trabajo, pero ahora pueden ser aplicados en la industria y en otros proyectos de investigación.

Desde que hemos descubieto una nueva forma de observar nuestro Universo la astronomía ya ha cambiado. Hasta septiembre (cuando la onda gravitacional fue observada por LIGO) , las únicas formas de hacer observaciones era recurrir a todos los tipos de luz (visible, ultravioelta, de microondas, etc) y a las escurridizas partículas que llamamos neutrinos. Pero ninguna de ellas nos permitirá nunca obtener información que venga directamente de los agujeros negros o que nos permita obsevar cómo la masa se colapsa en el interior de una estrella moribunda (cosa que sí se podría aspirar a conseguir con las ondas gravitacionales). Para nosotros, ser capaces de usar las ondas gravitacionales es como si alguien que ha estado sordo toda su vida de repente oyera su primer sonido.

P-¿Qué sintió cuando se enteró del descubrimiento? Me imagino que estos han sido unos días felices para el equipo del LIGO…

Curiosamente, aceptar este descubrimiento fue un proceso muy gradual. Me enteré de esto cuando me levanté por al mañana (a las 4.50). Recuerdo que la fuerza de la señal y lo clara que era me hicieron sentarme y pensar “Guau, ¡realmente puede ser cierto!”. Pero todos intentamos inmediatamente encontrar pruebas de que no se trataba de una onda gravitacional; como científicos, estamos entrenados para ser escépticos. Llevó bastantes meses de investigación y cada vez que pasó alguno de nuestras pruebas, nuestra confianza se reforzó. Nuestra emoción se disparó cuando el artículo de la revista fue escrito. Nuestras discuiones no fueron nunca acerca de qué pasaría si habíamos descubierto las ondas, sino que eran acerca de lo que pasaría al haberlas descubierto. El día en que se anunció fue uno de los más memorables de mi vida.

P-¿Para qué sirve la tecnología de LIGO? ¿Y para qué sirve buscar las ondas gravitacionales?

Mucha de la tencología que ha sido desarrollada para hacer el trabajo de LIGO está siendo aplicada en otros proyectos de investigación y en la industria. (Aquí hay algunas tecnologías “spin-off”).

También podemos usar las ondas gravitacionales para convertir al Universo en nuestro propio laboratorio de experimentos que no pueden hacerse en la Tierra. Mi ejemplo favorito es que podemos aprender más acerca de la física de los átomos gracias a las ondas gravitacionales que llegan desde una estrella que está colapsando (esto pasa al final de la vida de algunas estrellas, y consiste en una especie del derrumbe del astro hacia su propio interior cuando los átomos no pueden soportar la atracción de la gravedad y “se acaban rompiendo” las fuerzas que los mantienen unidos). Como esa gran masa se está moviendo muy rápidamente, las ondas gravitacionales nos permitirán averiguar cómo se comporta esa masa. Todo eso depende de cómo se estén comportando los átomos en función de radiaciones, y temperaturas y presiones extremas. Dado que ese medio es muy diferente de cualquier cosa que podamos reproducir en cualquier laboratorio de la Tierra o en cualquier otro lugar de nuestro Sistema Solar, ese tipo de observaciones nos pueden permitir entender la física y más adelante llevarnos a descubrimientos y aplicaciones que hoy por hoy ni siquiera podemos imaginar.

P-¿Cuánto ha costado detectar estas ondas gravitacionales?

Una empresa como esta nunca puede sale barata. El proyecto ha costado hasta el momento alrededor de 620 millones de dólares, lo que incluye la construcción de las instalaciones hace 20 años, las mejoras del LIGO Avanzado (un proyecto para ampliar las capacidades del detector) y los costes de operación, desde facturas eléctricas a los sueldos de ingenieros y científicos  y otro personal que trabaja en LIGO. Aún así, creo que el LIGO es una ganga, teniendo en cuenta que lanzar una sola nave espacial cuesta alrededor de 450 millones de dólares y que nosotros hemos puesto a trabajar a muchas personas durante veinte años para obtener ahora resultados impresionantes.

P-¿Qué será lo siguiente?

Para comenzar la era de la astronomía de ondas gravitacionales hay que conseguir que detectarlas sea algo rutinario. Si conseguimos muchas observaciones podremos descubrir patrones que nos ayudarán a entender mejor el Universo. Nuestros científicos del área de instrumentos también están ocupadas trabajando en mejorar aún mas la sensibilidad de LIGO (ahora mismo estamos operando al 30% de la sensibilidad para la fue diseñado el LIGO, y aún así detectamos la primera onda gravitacional). Los observatorios que colaboran con nosotros también nos están ayudando a hacer mejoras o a construir otras ahora mismo. Además, el VIRGO (en Italia) está terminando la etapa de mejoras y el KAGRA, (en Japón), está siendo construido (ambos son instalaciones con la misma finalidad que LIGO).

También se está poniendo a punto la tecnología de los detectores espaciales. La misión LISA usa satélites para crear detectores extremadamente grandes que no tengan el límite del ruído, a causa de las vibraciones de baja frecuencia de la Tierra (en vez de túneles que albergan un láser los satélites estarán comunicados a través de haces de luz, a distancias muy superiores a lo que miden hoy en día los túneles de LIGO). Gracias a esto, será capaz de detectar ondas gravitacionales de baja frecuencia que no podremos detectar desde la Tierra. Justo ahora, el LISA Pathfinder está en el espacio poniendo a prueba la tecnología necesaria para que LISA funcione.

Fuentes: ABC.ES