Empieza la caza de ondas gravitatorias

Nuevos c¨¢lculos indican que densos c¨²mulos de estrellas que est¨¢n dispersos por las galaxias en la vecindad c¨®smica de la Tierra act¨²an como l¨ªneas de montaje de pares de agujeros negros que orbitan en gran proximidad, expuls¨¢ndolos despu¨¦s al exterior del c¨²mulo, donde acaban uni¨¦ndose y fundi¨¦ndose en uno. El a?o que viene, si todo va bien, los cient¨ªficos ser¨¢n capaces de dar los primeros pasos en la demostraci¨®n de esa teor¨ªa con un nuevo instrumento de 350 millones de d¨®lares, un observatorio de ondas gravitatorias denominado LIGO. El observatorio, que se inaugura el pr¨®ximo d¨ªa 11 y que iniciar¨¢ en enero la fase de pruebas, ha sido dise?ado para detectar ondas gravitatorias predichas por la relatividad general de Einstein.

Con el objetivo de detectar directamente por primera vez ondas gravitatorias, los f¨ªsicos han dise?ado el LIGO, (siglas en ingl¨¦s de Observatorio de Ondas Gravitatorias por Interfer¨®metro L¨¢ser) que, en realidad, est¨¢ formado por dos estaciones distintas, una en el estado de Luisiana y otra en el de Washington.Hasta ahora, los astrof¨ªsicos hab¨ªan supuesto que los pares de agujeros negros son tan poco comunes que ser¨ªa casi imposible detectarlos. Por ellos, los cient¨ªficos de LIGO supusieron que su primera captura de ondas gravitatorias proceder¨ªa de acontecimientos menos violentos del cosmos. Los nuevos c¨¢lculos, realizados por Simon F. Portegies Zwart (Universidad de Boston), y por Stephen L.W. McMillan (Universidad de Drexel), indican que las fusiones detectables de agujeros negros podr¨ªan ser mil veces m¨¢s comunes que los acontecimientos en los que el LIGO hab¨ªa puesto su punto de mira.

Barry Barish, f¨ªsico del Instituto de Tecnolog¨ªa de California (Caltech) que dirige el LIGO, comenta que si los c¨¢lculos son correctos, sus consecuencias para los cinco ¨® seis primeros a?os de operaciones del observatorio ser¨¢n asombrosas. Los detectores del LIGO que funcionar¨¢n durante ese tiempo son mucho menos sensibles que los que vendr¨¢n despu¨¦s, y de los pares de agujeros negros depende el ver ondas gravitatorias o no verlas en absoluto en esa primera fase.

Si los nuevos c¨¢lculos son correctos, las mejoras podr¨ªan aumentar el posterior ¨ªndice de detecci¨®n del LIGO desde varios acontecimientos al a?o hasta uno o dos diarios, seg¨²n Stuart Shapiro (Universidad de Illinois).

Premio Nobel

Las ondas gravitatorias, ondulaciones en el tejido del espacio, llevan d¨¦cadas burlando a los f¨ªsicos porque s¨®lo han dado a conocer indirectamente su presencia. Cuando Joseph Taylor y Russell Hulse, de la Universidad de Princeton, observaron un par de estrellas de neutrones atrapadas en una reducida ¨®rbita una alrededor de la otra, trabajo por el que ganaron el Premio Nobel en 1993, formularon la teor¨ªa de que ese sistema deber¨ªa producir ondas gravitatorias. Las estrellas giratorias de neutrones, rescoldos superdensos que quedan a veces cuando una estrella corriente masiva colapsa y hace explosi¨®n en forma de supernova, agitan ligeramente el tejido de cuatro dimensiones de espacio y tiempo que las rodea. Seg¨²n la teor¨ªa de la relatividad, esa agitaci¨®n deber¨ªa enviar una d¨¦bil se?al de ondas gravitatorias.

Taylor y Hulse no pudieron medir esas ondas directamente. Pero lograron demostrar que la rotaci¨®n del sistema de dos estrellas, o binario, se aceleraba a medida que las estrellas giraban en espiral cada vez m¨¢s juntas, exactamente lo que se esperar¨ªa si la energ¨ªa fuese extra¨ªda por ondas gravitatorias.

LIGO, construido por Caltech y el Instituto Tecnol¨®gico de Massachusetts (MIT), est¨¢ dise?ado para medir el ligero estiramiento y encogimiento del espacio causado por esas turbulencias, pero no ser¨¢ capaz de recoger una emisi¨®n de ondas gravitatorias tan tenue. Sin embargo, cuando un par de estrellas de neutrones se acercan tanto que chocan y se funden, la oleada de ondas gravitatorias resultante deber¨ªa ser detectable si el impacto ocurre en una de las miles de galaxias que se encuentran a unos 50 millones de a?os luz de la Tierra.

Ese proceso depende de estrellas ordinarias que nacen ocasionalmente en pares, hacen explosi¨®n como supernovas y dejan estrellas de neutrones con una masa de aproximadamente 1,5 veces la del Sol. Los agujeros negros contienen la masa de 10 o m¨¢s soles y son a¨²n m¨¢s ex¨®ticos, ya que han colapsado tras un velo gravitatorio llamado horizonte de observaci¨®n del que no puede escapar ni la luz. Las probabilidad de que se formen pares de agujeros negros como se forman sistemas binarios de estrellas de neutrones es muy peque?a.

Por eso, McMillan y Portegies Zwart contemplaron la posibilidad de que los pares de agujeros negros pudieran ser fabricados en el interior de apretadas agrupaciones de estrellas llamadas c¨²mulos globulares. Elllos se dieron cuenta de que, en los c¨²mulos, que pueden contener millones de estrellas, los agujeros negros individuales caen al centro debido a su gran masa. Una vez all¨ª, los agujeros negros se atraen mutuamente gravitatoriamente y se unen en pares formando sistemas binarios y los agujeros negros pueden acabar fundi¨¦ndose en una colisi¨®n espectacular. Seg¨²n Barish, como los agujeros negros tienen m¨¢s masa que las estrellas de neutrones, se emiten m¨¢s ondas gravitatorias y los acontecimientos son m¨¢s f¨¢ciles de ver a grandes distancias.

Los autores del nuevo trabajo hacen hincapi¨¦ en el hecho de que un conocimiento imperfecto de los c¨²mulos y los agujeros negros significa que sus c¨¢lculos tienen un factor de error de alrededor de 10. "Todav¨ªa no tenemos garant¨ªas", comenta Kip Thorne, colaborador del LIGO y f¨ªsico te¨®rico en Caltech. Pero ¨¦l cree que los nuevos c¨¢lculos indican que "probablemente veremos un n¨²mero muy elevado de fusiones de agujeros negros".

Como las ondas gravitatorias son una predicci¨®n crucial de la teor¨ªa de la relatividad, los f¨ªsicos considerar¨ªan su detecci¨®n como un ¨¦xito muy importante.

? The New York Times