Ocho kilómetros de láser diseñados para escuchar agujeros negros en otras galaxias a punto de pegársela… Parece el argumento de una película de ciencia-ficción, ¿no? Y sin embargo, se trata de un detector muy real, LIGO, que empezó a funcionar en 2002. Pero aún hay más. Para ser capaz de “escuchar” agujeros negros, LIGO tiene que medir las distorsiones que provocan en el espacio-tiempo. Estas distorsiones, incluso en los casos más extremos, son diminutas para cuando llegan a la Tierra. Y cuando digo diminutas, me quedo corta.
Este detector tiene que ser capaz de medir la distancia que recorre el láser con una precisión de una millonésima parte del diámetro de un átomo. A muchos les cuesta creer que lo consigan, y sin embargo, los datos confirman que lo hacen… una y otra vez.
Simulación de las ondas gravitacionales generadas por la colisión de una pareja de agujeros negros. Créditos: Eric Henze, NASA
Gracias a esta increíble precisión tenemos a nuestro alcance por primera vez detectar estas distorsiones del espacio-tiempo, las huellas que los fenómenos más violentos del universo dejan tras de sí. Estas huellas, llamadas ondas gravitacionales, fueron predichas por la teoría de la relatividad de Einstein. No sólo las generan los choques de agujeros negros, sino que también se producen en explosiones supernova o durante el Big Bang. Y decimos que nos permiten “escuchar” porque estas ondas se asemejan en algunos aspectos a las ondas de sonido. Al igual que ellas, son vibraciones, sólo que en lugar de vibrar el aire, es el propio espacio-tiempo lo que se agita. El espacio cambia de forma, ensanchándose y contrayéndose por unos instantes. Muchas de estas vibraciones podríamos “escucharlas”, porque se producen en el rango de frecuencias que nuestro oído puede distinguir.
Gracias a esta increíble precisión tenemos a nuestro alcance por primera vez detectar estas distorsiones del espacio-tiempo, las huellas que los fenómenos más violentos del universo dejan tras de sí.
Son precisamente estos cambios en la longitud del propio espacio los que LIGO, el “Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser”, mide con su láser. Para ello divide el haz de láser en dos, que viajan la misma distancia (4 km), pero en direcciones perpendiculares (formando una L). Si en algún momento una onda gravitacional pasa por allí, las dos distancias que recorren los láseres cambian un poquito, una a más y la otra a menos. Al final de su recorrido los láseres se reflejan en unos espejos y vuelven al punto inicial, donde gracias a su interferencia se pueden ver cambios minúsculos en las distancias que han viajado.
Dicho así, casi parece fácil, pero hay muchos factores que lo complican y que se pueden casi resumir en una palabra: ruido. La diferencia de distancias que se persigue medir es tan pequeña que no sólo puede ser causada por ondas gravitacionales. Si pasa un camión cerca, por ejemplo, el efecto de las vibraciones en el suelo es suficiente para que también esta distancia cambie. Es por eso por lo que estos detectores se ponen en lugares lo más aislados posibles y por lo que se necesitaba que hubiera dos, alejados entre sí, para poder descartar las falsas señales debidas a ruido local. Por eso LIGO en realidad no es uno, sino tres detectores, en extremos opuestos de Estados Unidos. Los lugares donde se encuentran son bastante peculiares, ya que fueron elegidos precisamente por su relativo aislamiento. Un detector se encuentra en Lousiana, rodeado de poco más que pantanos y caimanes. Los otros dos están en el estado de Washington, muy cerca de lo que es un cementerio nuclear.
Vista aérea de LIGO (Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser) situado en el estado de Washington.
Aunque LIGO está en Estados Unidos y este país es el responsable de gran parte de su financiación, en el proyecto participan científicos de todo el mundo, incluyendo España. Y LIGO no está solo: aunque es el detector con más poder de detección, hay otros. En Europa tenemos GEO600 y Virgo, que, de hecho, colaboran estrechamente con LIGO.
En la actualidad LIGO está parado porque se está construyendo Advanced LIGO, la segunda generación del detector que verá hasta 10 veces más lejos en el universo, y por tanto observará un espacio 1000 veces mayor. Si todo va bien, el nuevo LIGO empezará a tomar datos en unos tres años y la primera detección no tardará mucho en llegar.
Jugando a ser Einstein
Y ahora, ¿qué te parecería construir tu propio detector de ondas gravitacionales? Eso sí, como en la vida misma, tendrás un presupuesto y recursos limitados para hacerlo. Space Time Quest es un videojuego con el que lo puedes hacer desde tu casa. Elegir dónde lo pondrás, la potencia del láser y cómo minimizar el ruido son algunos de los factores con los que podrás jugar. Tu éxito se medirá en función de hasta qué distancias eres capaz de ver ondas gravitacionales. Cuánto más lejos, más objetos podrás observar (¡y conseguirás más puntos!) Al final, podrás ver cómo de bien lo has hecho comparado con gente de todo el mundo.
Captura de pantalla del juego Space Time Quest
Y después de construir tu detector, puedes ver cómo de bueno eres detectando agujeros negros. Otro juego, Black Hole Hunter,te muestra datos simulados de ondas gravitacionales convertidos en sonidos. Pon a prueba tu oído y mira si eres capaz de distinguir las señales de los agujeros negros del ruido.
Más allá de jugar, también puedes ayudar a la búsqueda de ondas gravitacionales. Ahora no se trata de simulaciones, sino de datos reales. Einstein@Home es un programa que te permite analizar desde tu propio ordenador datos de LIGO en busca de ondas gravitacionales. El programa aprovecha el tiempo que tu ordenador está inactivo para hacer búsquedas que requieren de una potencia de cálculo muy grande y que tan solo se pueden conseguir combinando el trabajo de muchos ordenadores. La primera detección de ondas gravitacionales podría hacerla el tuyo.
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Genial, Sara, explicado de maravilla.