Tres científicos estadounidenses recibieron el Premio Nobel por su descubrimiento sobre el espacio-tiempo. La astrofísica del equipo LIGO, Gabriela González, nos cuenta acerca de todos los investigadores, el trabajo y la tecnología que contribuyeron a este gran logro.
Hace un poco más de cien años, en 1915, Einstein publicó su teoría de la relatividad general, que es un nombre medio raro, pero esta es una teoría que explica la gravedad. Dice que las masas — toda la materia, los planetas — se atraen no porque los atraiga una fuerza instantánea, como decía Newton, sino porque toda la materia — todos nosotros, todos los planetas — arrugan la tela flexible del espacio-tiempo.
El espacio-tiempo es esto en lo que vivimos y que nos conecta a todos. Es como cuando nosotros nos acostamos en un colchón y deformamos el colchón. Y las masas se mueven no — de nuevo, no por las leyes de Newton, sino porque ven esa curvatura del espacio-tiempo y van siguiendo las curvitas, así como cuando nuestro compañero de cama se nos arrima debido a la curvatura del colchón.
Un año después, en 1916, Einstein derivó de su teoría que existían las ondas gravitacionales. Esas eran producidas cuando las masas se mueven como, por ejemplo, cuando dos estrellas están girando una alrededor de la otra, y producen pliegues en el espacio-tiempo que se llevan energía del sistema y se van acercando las estrellas. Sin embargo, él también calculó que estos efectos eran tan pequeños que nunca se iban a poder medir. Les voy a contar como, con el trabajo de cientos de científicos trabajando desde muchos países por muchas décadas, hace muy poquito tiempo en el 2015, descubrimos esas ondas gravitacionales por primera vez.
Este efecto increíble produjo ondas gravitacionales que llevaron el mensaje de este abrazo cósmico al resto del universo.
Esta es una historia bastante larga. Empezó hace 1.300 millones de años. Hace mucho tiempo en una galaxia muy lejana había dos agujeros negros que estaban girando uno alrededor del otro, “bailando un tango.” Me gusta decir, que empezó lento, pero a medida que emitían ondas gravitacionales, se iban acercando, se iban acelerando, hasta que, cuando estaban girando casi a la velocidad de la luz, se fusionaron en un solo agujero negro que tenía 60 veces la masa del sol pero compactada en 360 kilómetros. Eso es el tamaño del estado de Louisiana, donde yo vivo. Este efecto increíble produjo ondas gravitacionales que llevaron el mensaje de este abrazo cósmico al resto del universo.
Nos tomó mucho tiempo descubrir el efecto de estas ondas gravitacionales, porque lo que hacen, la manera en que las medimos, es buscando efectos en distancias. Nosotros queremos medir longitudes, distancias. Cuando estas ondas gravitacionales pasaron por la Tierra, que pasaron en el 2015, produjeron cambios en todas las distancias entre ustedes y yo, nuestras alturas — todos nosotros nos estiramos y nos achicamos un poquitito. La predicción es que el efecto es proporcional a la distancia. Pero es pequeñísimo: aun para distancias mucho más grandes que mi poca altura, el efecto es infinitesimal. Por ejemplo, la distancia entre la Tierra y el Sol cambió por un diámetro atómico. ¿Cómo se puede medir eso? ¿Cómo pudimos medir eso?
La distancia entre la Tierra y el Sol cambió por un diámetro atómico. ¿Cómo se puede medir eso? ¿Cómo pudimos medir eso?
Hace unos cincuenta años, había unos físicos visionarios en Caltech y MIT, Kip Thorne, Ron Drever, Rai Weiss, que pensaban que se podían medir precisamente distancias usando láseres que midieran distancias entre espejos que estaban a kilómetros de distancia. Tomó muchos años y mucho trabajo y muchos científicos desarrollar la tecnología, desarrollar las ideas, y 20 años después, hace casi 30 años, más de 20, se empezaron a construir dos detectores de ondas gravitacionales, dos interferómetros, en los Estados Unidos, cada uno con cuatro kilómetros de largo. Uno [está] en el estado de Louisiana, en Livingston, Louisiana, en medio de un bosque precioso; el otro, en Hanford, Washington, el estado de Washington, en medio del desierto.
En estos interferómetros, tenemos láseres que viajan desde el centro, cuatro kilómetros en vacío, se reflejan en espejos y vuelven, y estamos midiendo la diferencia de distancia entre este brazo y este brazo. Y estos detectores son muy muy muy sensibles, son los instrumentos más precisos del mundo. ¿Por qué hicimos dos? Porque las señales que queremos medir vienen del espacio son las que queremos medir, pero los espejos se están moviendo todo el tiempo, entonces para distinguir efectos ondas gravitacionales, que son efectos astrofísicos y deben aparecer en los dos detectores, podemos distinguirlos de los efectos locales, que aparecen distintos, en uno o en el otro.
En septiembre del 2015, estábamos terminando de instalar la segunda generación de tecnología en estos detectores, y todavía no estábamos a la sensibilidad óptima que queremos — todavía no estamos allí, incluso dos años después, pero ya queríamos tomar datos. No pensábamos que íbamos a ver nada, pero estábamos preparando para empezar a tomar datos por unos meses. Y luego la naturaleza nos sorprendió.
No pensábamos que íbamos a ver nada– y luego la naturaleza nos sorprendió.
El 14 de septiembre del 2015, vimos en los dos detectores una onda gravitacional. En los dos detectores vimos una señal con unos ciclos que crecían en amplitud de frecuencia después decaían, y eran los mismos en los dos detectores. Eran ondas gravitacionales. Y no solo eso, sino que, descodificando esta forma de onda, podíamos deducir que venían de agujeros negros fusionándose en uno solo, hace más de mil millones de años. Y esto fue fantástico.
Al principio, no lo podíamos creer. Esto no se suponía que tenía que pasar hasta más adelante. Fue una sorpresa para todos. Nos tomó meses convencernos de que esto era cierto, porque no queríamos dar lugar a ningún error. Pero era cierto, y para despejar toda duda de que realmente los detectores podían medir estas cosas, en diciembre del mismo año, medimos otra onda gravitacional más chiquita que la primera. La primera onda gravitacional produjo una diferencia de distancia de cuatro milésimas de protón, sobre cuatro kilómetros. Sí, la segunda detección fue más chica pero todavía muy convincente para nuestros estándares A pesar de que estas son ondas de espacio-tiempo, no ondas de sonido, a nosotros nos gusta ponerlas en parlantes y escucharlas. Le decimos a esto “la música del universo.” Aquí les quiero hacer escuchar las primeras dos notas de esta música.
A pesar de que estas son ondas de espacio-tiempo, no ondas de sonido, le decimos a esto ‘la música del universo.’
La segunda, la más cortita fue la última fracción de segundo de estos dos agujeros negros, que en esa fracción de segundo emitieron un montón de energía — tanta energía — como la de tres soles convirtiéndose en energía siguiendo esa fórmula famosa, E = mc2. ¿Se acuerdan? Esta música, en realidad, a nosotros nos encanta tanto, bailamos con esto, que se la voy a hacer escuchar de nuevo.
¡Es la música del universo!
Frecuentemente la gente me pregunta ahora: ¿Para qué sirven las ondas gravitacionales? Y ahora que ya las descubrieron, ¿qué queda por hacer? ¿Para qué sirven las ondas gravitacionales?
Cuando a Borges le preguntaron: “¿Para qué sirve la poesía?” Él a su vez preguntó: “¿Para qué sirve el amanecer? ¿Para qué sirven las caricias? ¿Para qué sirve el olor a café?” Y él se respondió: “La poesía sirve para el placer, para la emoción, para vivir.”
Y entender el universo, esta curiosidad humana por saber cómo funciona todo, es parecido. La humanidad, desde tiempo inmemorial, y todos nosotros, todos ustedes de chicos, cuando se mira el cielo por primera vez y se ven estrellas, uno se pregunta: “¿Qué son las estrellas?” Esa curiosidad es lo que nos hace humanos. Y eso es lo que hacemos con la ciencia.
“”¿Qué son las estrellas?” Esa curiosidad es lo que nos hace humanos. Y eso es lo que hacemos con la ciencia.”
A nosotros nos gusta decir que las ondas gravitacionales ya están sirviendo, porque estamos abriendo una nueva manera de explorar el universo. Hasta ahora, pudimos ver la luz de las estrellas a través de las ondas electromagnéticas. Ahora podemos escuchar el sonido del universo aun de cosas que no emiten luz, como ondas gravitacionales.
Pero ¿solo para eso servirán? ¿No se deriva ninguna tecnología de ondas gravitacionales?
A lo mejor, sí. Pero va probablemente a tomar mucho tiempo. Hemos desarrollado tecnología para detectarlas, pero las ondas mismas, a lo mejor se descubra de acá a cien años que sirven para algo. Pero toma mucho tiempo derivar tecnología de la ciencia y no es por eso que lo hacemos. Toda tecnología se deriva de la ciencia, pero la ciencia la hacemos para el placer. ¿Qué nos queda por hacer? Muchísimo.Muchísimo. Esto es recién el comienzo.
Toda tecnología se deriva de la ciencia, pero la ciencia la hacemos para el placer.
A medida que hacemos los detectores más sensibles — y nos queda bastante por hacer — no solo vamos a ver más agujeros negros, vamos a poder hacer un catálogo para saber cuántos hay, dónde están, cuán grandes son, sino que también, vamos a ver otros objetos. Vamos a ver la fusión de estrellas de neutrones, que se convierten en un agujero negro. Vamos a ver nacer a un agujero negro. Vamos a poder ver estrellas rotantes en nuestra galaxia produciendo ondas sinusoidales. Vamos a poder ver explosiones de supernovas en nuestra galaxia. Es todo un espectro de nuevas fuentes que vamos a estar viendo.
Nos gusta decir que hemos agregado un nuevo sentido al cuerpo humano: ahora, además de ver, podemos escuchar. Esto es una revolución en la astronomía, así como cuando Galileo inventó el telescopio, o como cuando al cine mudo se le agregó el sonido. Esto es apenas el comienzo. Nos gusta pensar que el camino de la ciencia es muy largo — muy divertido, pero muy largo — y esta gran comunidad internacional de científicos trabajando en equipo desde muchos países, todos juntos, estamos ayudando a construir este camino, poniendo luces, a veces encontrando desvíos, y construyendo, a lo mejor, una autopista al universo.
Sobre la autora
Gabriela González es una física que trabaja con el equipo de LIGO, investigando las ondas gravitatorias. Ella también es profesora de física y astronomía en la Universidad de Louisiana State. González ha sido miembro de la Colaboración Científica de LIGO desde su fundación en el año 1997; González se desempeñó como portavoz electa desde el año 2011 hasta el 2017 y se le reconoce por su participación en el anuncio del descubrimiento de las ondas gravitacionales en el 2016.
