100 años después, científicos confirman teoría de Einstein

La detección de las ondas gravitacionales abre nuevas ventanas de estudio sobre el Universo

La confirmación de este fenómeno se hizo en Estados Unidos el pasado 14 de septiembre por los instrumentos del observatorio LIGO, y tuvo la colaboración del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia.

Academia Mexicana de Ciencias

Ciudad de México, 11 de febrero de 2016.- El anuncio a nivel mundial de la primera detección directa de ondas gravitacionales es una excelente noticia para la física porque abre una nueva ventana de estudio sobre el universo y sus misterios, coincidieron los investigadores Nora Bretón Báez, del Cinvestav, y Marcelo Salgado Rodríguez, de la UNAM.

Las ondas gravitacionales son producidas por perturbaciones en la trama del espacio-tiempo por los efectos del desplazamiento de enorme masas. Estas perturbaciones se desplazan a la velocidad de la luz en forma de ondas y nada las detiene.

“El problema de este tipo de ondas es que su amplitud es muy pequeña y se requiere de una sensibilidad enorme, por eso pasaron muchos años para lograr tener la instrumentación necesaria para su detección”, dijo Salgado Rodríguez, del Instituto de Ciencias Nucleares de la Universidad Nacional Autónoma de México y miembro de la Academia Mexicana de Ciencias (AMC).

Las ondas gravitacionales emitidas, por ejemplo, por agujeros negros, la explosión de supernovas y sistemas binarios,

Es un descubrimiento tan importante como el descubrimiento de la partícula de Higgs y definitivamente abrirá una ventana en el tema de detección. Primero tuvimos telescopios, luego detectores de neutrinos y rayos cósmicos, pero ahora tenemos la capacidad de detectar ondas gravitacionales que se propagan a través del espacio-tiempo sin importar lo que haya entre la fuente y la Tierra”.

La detección de las ondas gravitacionales se hizo en Estados Unidos el pasado 14 de septiembre por los instrumentos del observatorio LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), interferómetros con túneles en forma “L” que miden cada uno 3 kilómetros.

Existen dos de tales interferómetros, separados unos 4000 kilómetros, uno se encuentra en Livingston, Louisiana, y en otro en Hanford, Washington. La comparación de los momentos de llegada de las ondas gravitacionales a los dos detectores LIGO mostraron 7,1 milisegundos de diferencia, datos que confirmaron su existencia.

El descubrimiento fue realizado en colaboración con investigadores del Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) de Francia a través del proyecto Virgo. Los físicos determinaron que las ondas gravitacionales detectadas en septiembre nacieron en la última fracción de segundo antes de la fusión de dos agujeros negros, objetos celestes aún misteriosos que resultan del colapso gravitacional de enormes estrellas.

El análisis de los datos permitió determinar que esos dos agujeros negros se fusionaron hace unos 1 300 millones de años. Cada uno de ellos era entre 29 y 36 veces la masa del Sol.

– “Lo que detectaron estos interferómetros fue la fusión de dos agujeros negros, que por definición no emiten luz, pero sí ondas gravitacionales, entonces hasta ahora no había otra forma de detectar esa actividad”, destacó Salgado.

ONDA GRAVITACIONAL
La colisión de dos agujeros negros, evento detectado por primera vez por el observatorio Ligo (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory), permitió la detección de ondas gravitacionales el 14 de septiembre de 2015. (Foto: www.ligo.caltech.edu.)

Un fenómeno ya observado de manera indirecta en 1980

Albert Einstein en su Teoría General de la Relatividad de 1915, ya predecía teóricamente la existencia de las ondas gravitacionales.

Este fenómeno suele ser representado como la deformación que ocurre cuando un peso reposa sobre una red. En este caso, la red representa el entramado espacio-tiempo.

Hasta ahora no se había observado directamente este fenómeno pero sí de manera indirecta desde la década de 1980, explicó por su parte Nora Bretón Báez, investigadora del Departamento de Física del Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional.

El descubrimiento del pulsar binario PSR 1913+16 por Joseph Taylor y Russell Hulse les valió el Premio Nobel de Física en 1993. Estos sistemas han sido de gran interés debido a que la medición de la disminución de los períodos en púlsares binarios confirmó indirectamente la existencia de la radiación gravitacional.

Esto ya estaba confirmado de manera indirecta en los sistemas binarios, en especial se había detectado en las estrellas de neutrones, pero no se había detectado de manera directa la radiación gravitacional, y ello se debe a que las ondas gravitacionales, al ser perturbaciones del espacio-tiempo, no chocan sino que se propagan sin ser perturbadas. Ocurren en todo el universo pero tienen que ser muy violentas para poder ser captadas por detectores como LIGO”, dijo la también integrante la AMC.

Este descubrimiento abre la puerta a nuevos proyectos de investigación, uno de los más relevantes es LISA (Laser Interferometer Space Antenna), un satélite que lanzará la Agencia Espacial Europea para observar ondas gravitacionales mediante un grupo de tres satélites aplicando técnicas de interferometría láser que requieren mediciones de alta precisión, dijo la especialista en gravitación y física matemática.

A raíz de la noticia difundida hoy en Washington DC y simultáneamente en ruedas de prensa en París y Londres, la radiación gravitacional se podría usar para estudiar regiones poco exploradas del universo.

– “Por ejemplo, el centro de las galaxias no se puede observar porque la luz que proviene de ahí sufre muchas interferencias, es dispersada por todo el polvo. Si se pudiera detectar la radiación gravitacional que es muy limpia, nos daría idea de cómo se forma y qué hay en el centro de las galaxias. También se podría observar cómo se forman las estrellas porque ahora lo que se ve en los telescopios son nubes de polvo, pero nunca sabemos qué pasa adentro porque la luz sale de manera muy dispersa”, señaló Bretón.

En ese sentido, Salgado Rodríguez añadió que lo que hoy se anunció parecen sucesos muy lejanos a la vida cotidiana, aunque después tienen una aplicación común, como el uso de los GPS, que gracias a la teoría de la relatividad funciona con mayor precisión al considerar correcciones de las diferencias de tiempo producidas por el efecto gravitacional, por eso es importante lo que sucede en los campos teórico y experimental, “en este caso de las ondas gravitacionales, los instrumentos permiten corroborar las teorías de los investigadores”.

Bretón y Salgado coincidieron que para los grandes descubrimientos o hallazgos, es necesario tener un poco de cautela, esperar a tener más información, que la comunidad científica haga las críticas constructivas sobre el resultado, con el objeto de que se confirme totalmente la teoría.

Cuando Einstein renegó de las ondas gravitacionales

En 1936, el físico alemán envió un artículo sobre ondas gravitacionales para su publicación en una revista estadounidense. Allí, otro físico le señaló varios errores que él no quiso admitir.

Daniel Mediavilla / El País

EINSTEIN RIENDO

Las ondas gravitacionales eran una de las consecuencias lógicas de la Teoría de la Relatividad General. En 1916, Albert Einstein le habló a Karl Schwarzschild, el físico que había utilizado su teoría para predecir la existencia de los agujeros negros, de la posible existencia de estas ondulaciones del tejido espaciotemporal provocadas por objetos supermasivos. Sin embargo, años después, cuando ya había abandonado Alemania para refugiarse en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton (EE UU), escribió un artículo en el que junto a su asistente Nathan Rosen desmontaba la idea de que esas ondas pudiesen existir en la realidad.

Einstein tituló su trabajo con un sugerente ¿Existen las ondas gravitacionales? y lo envió a la revista Physical Review, una publicación en la que ya habían aparecido varios artículos suyos. Aquellos trabajos se habían publicado con celeridad y sin mayores quebraderos de cabeza para el físico alemán, pero no sucedió lo mismo en esta ocasión. John Tate, editor de la revista, envió el artículo sobre las ondas gravitacionales a un revisor que encontró errores en los cálculos de Einstein y Rosen, y escribió un documento de diez páginas en el que señalaba los errores del genio y su socio.

El físico alemán, que en 1936 ya era una institución científica de dimensiones cósmicas, no se tomó bien la enmienda. En parte, quizá, por una cuestión de orgullo, pero también porque la práctica de que científicos anónimos ajenos al estudio examinasen los artículos antes de su publicación, ahora imprescindible, no se había implantado aún en Europa.

En lugar de analizar las correcciones del revisor, que resultaron ser correctas, Einstein respondió al editor con una carta airada en la que mostraba su disconformidad con su forma de actuar:

Estimado Señor,

Nosotros (el Sr. Rosen y yo) le habíamos enviado nuestro manuscrito para su publicación y no le habíamos autorizado a que se lo mostrase a especialistas antes de su impresión. No veo razón para responder a los en cualquier caso erróneos comentarios de su experto anónimo. Debido a este incidente, prefiero publicar el artículo en otro lugar.

Respetuosamente,

P.D. El Sr. Rosen, que ha partido hacia la Unión Soviética, me ha autorizado a que lo represente en este asunto

Después de este altercado, Einstein no volvió a publicar nada en Physical Review, pero sí que replanteó su postura. Leopold Infield, asistente de Einstein, trabó amistad con el autor de la revisión, el cosmólogo Howard Percy Robertson, que le mostró su visión sobre el trabajo de su jefe respecto a las ondas gravitacionales.

Después, Infield le transmitió la información a Einstein que, después de afirmar que ya había encontrado un error en el borrador que había mandado, escribió a laRevista del Instituto Franklin, donde su artículo ya había sido aceptado para su publicación, y explicó que se debían realizar una serie de correcciones.

El sistema autocorrector de la ciencia pudo incluso con el orgullo del mayor científico del siglo XX.