LIGO descubre ondas gravitacionales

LIGOHoy jueves 11 de febrero de 2016, 100 años después de que Einstein postulara sus ecuaciones que predicen ondas gravitacionales, el experimento LIGO ha anunciado su observación, confirmando la última predicción de la teoría de la relatividad general. Es un día para los libros de historia y con seguridad muchas botellas de champagne están siendo descorchadas en este momento en todo el mundo.
Para una completa apreciación de la relevancia de este descubrimiento, recomiendo antes leer mi artículo anterior ¿Qué son las ondas gravitacionales?

Anuncio de LIGO

Sin rodeos ni retrasos, como había sido programado, a las 15:30 GMT comenzó la rueda de prensa desde Washington D.C. El físico y director ejecutivo de LIGO David Reitze lanzó la clara frase “We have detected gravitational waves. We did it!” (¡Hemos detectado ondas gravitacionales. Lo logramos!) Continuó diciendo que “todos los rumores que han circulado son casi completamente correctos.”

¿Qué se midió?

El 14 de septiembre de 2015, a las 9:50 GMT, los sistemas automáticos de LIGO se activaron al detectar una señal, la esperada contracción y expansión de sus brazos de 4 km. cada uno. El cambio de longitud se mide con un sistema de interferometría (descrito en ¿Qué son las ondas gravitacionales?) y comenzó oscilando 35 veces por segundo, aumentando rápidamente a 250 oscilaciones por segundo, antes de desaparecer una fracción de segundo más tarde (0.25 s). Este tipo de señal es exactamente lo que se esperaría detectar como el paso de una onda gravitacional producida por la colisión (y posterior fusión) de dos agujeros negros. Sí, parece ficción pero esto que las matemáticas derivadas de las ecuaciones de Einstein predicen es exactamente lo que LIGO ha medido. Una de las confirmaciones críticas de que esta señal es real y no una falsa alarma es que fue detectada por los dos observatorios que posee LIGO.

En el gráfico mostrado en la rueda de prensa y que acompaña a la publicación en Physical Review Letters hecha pública hoy [1], se presenta la señal individual detectada en cada observatorio así como la superposición de ambas, además de la simulación obtenida al resolver numéricamente las ecuaciones de Einstein para el sistema de agujeros negros fusionándose. El acuerdo entre experimentos y teoría es espectacular.

LIGO_plots

De este gráfico también se obtiene un resultado muy interesante; el eje y (strain) muestra la amplidud de la onda gravitacional, la que llegó a un máximo de 10-21. Este número puede parecer irrelevante, sin embargo revela una información espectacular: con el paso de esta onda gravitacional el espaciotiempo contrajo y expandió cada objeto a su paso, en particular el efecto en el diámetro de la Tierra fue de una centésima de millonésima de millonésima de metro ¡esto es parecido al tamaño de un átomo! El logro experimental es colosal, comparable a la increíble manera en que la relatividad general de Einstein permite describir fenómenos de nuestro universo.

¿Qué se descubrió?

Al analizar la forma de la onda mostrada en el gráfico anterior usando las ecuaciones de Einstein los físicos pueden descifrar una cantidad impresionante de información, por esto la importancia de detectar este tipo de señal.
No sólo permite confirmar la observación directa de ondas gravitacionales, la última predicción de la relatividad general, también es posible determinar qué tipo de evento causó la onda y sus propiedades. En el paper [1] los científicos de LIGO reportan que la señal fue causada por dos agujeros negros con 29 y 36 veces la masa de nuestro Sol. Luego de fusionarse, el sistema formó un nuevo agujero negro con 62 masas solares. La diferencia entre la masa final y la masa inicial, 3 masas solares, fue emitida en forma de ondas gravitacionales. Como señaló Kip Thorne, “esta es la explosión más grande medida en la historia, después del big bang”. Además, se ha determinado que este evento ocurrió a unos 400 mega pársecs de la Tierra, es decir, algo más de 1000 millones de años luz de distancia. La ubicación exacta de este evento no puede ser completamente determinada usando sólo dos observatorios, sin embargo se estima que ocurrió en la dirección de la Gran Nube de Magallanes en el cielo austral.

¿Para qué sirve este descubrimiento?

El descubrimiento de ondas gravitacionales anunciado hoy por LIGO nos confirma (una vez más) la existencia de los agujeros negros, nos muestra la existencia de sistemas binarios de agujeros negros, nos enseña sobre la física de la fusión de agujeros negros, nos confirma el poder de la relatividad general y además confirma que un experimento ridículamente complejo como LIGO funciona.

Para quien pregunte para qué sirven las ondas gravitacionales, le recuerdo que en 1887 Heinrich Hertz anunció la confirmación de las ondas electromagnéticas predichas por las ecuaciones de Maxwell sin saber si tendrían alguna aplicación práctica; hoy tenemos teléfonos inalámbricos, Wi-Fi y comunicaciones satelitales.

En las últimas décadas hemos sido testigos del descubrimiento de la expansión acelerada del universo, el descubrimiento del bosón de Higgs, el descubrimiento de la oscilación de neutrinos, y hasta el descubrimiento de neutrinos astrofísicos. Hoy LIGO nos ha dado un día para los libros de historia, el nacimiento de la astronomía de ondas gravitacionales, ocurrida oficialmente el 14 de septiembre de 2015. Las ondas gravitacionales se unen formalmente a los rayos gamma, rayos cósmicos y neutrinos astrofísicos a la familia de mensajeros cósmicos.

El video completo del anuncio a continuación:

 

Actualización (15 Jun 2016): LIGO anunció la observación de una segunda onda gravitacional producida por la colisión y fusión de dos agujeros negros. Detalles en “GW151226: Nueva onda gravitacional detectada por Advanced LIGO”.

Imágenes: LIGO
Ref: [1] LIGO, Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger, Phys. Rev. Lett. 116, 061102 (2016).

Acerca de Jorge Diaz

Jorge es Investigador Postdoctoral en el Karlsruher Institut für Technologie, Alemania. Se dedica a la Astrofísica de Partículas estudiando neutrinos, rayos cósmicos y fotones de alta energía. Obtuvo su Ph.D. en Física de Partículas en Indiana University, Estados Unidos. En Twitter: @jsdiaz_
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10 respuestas a LIGO descubre ondas gravitacionales

  1. Fernando dijo:

    Gracias por la publicación, pero igual me quedo la duda que tengo desde que leí sobre la existencia de estas ondas. ¿Como es posible medir el estiramiento o encogimiento si el objeto medido y el instrumento que lo mide están en el mismo espacio-tiempo y son afectados por igual?
    Saludos

  2. Pingback: ¿Qué son las ondas gravitacionales? | Conexión causal

  3. Álvaro dijo:

    Es fascinante como la ciencia avanza en descifrar las ahora conmensurables vastedades del universo. Sin embargo, sigue siendo un misterio poder imaginar el tamaño tanto de elementos masivos como los agujeros negros y los infinitesimales de las partículas como el bosón de Higgs.
    Por otro lado agradecer el que publiquen esta información de una manera sencilla y entendible para el común de los mortales. Años pasaron para descubrir lo fascinante que es la física.

  4. Angel Murcia Corcino dijo:

    Doctor Sencillamente abrumador. Me siento como un grano de arena ante el poder y la fuerza de la naturaleza. Por otro lado es sorprendente que se hallan requerido de 100 años para poder reunir todos los elementos de diversa índole y demostrar lo demostrable por Albert Einsten, que tan solo contaba con papel y lápiz.

  5. Javier dijo:

    Cuidado con la expresión “ocurrió cerca de la Gran Nube de Magallanes en el cielo austral” cuando dicha mini galaxia se encuentra a 163.000 años luz y el suceso ha sido a aproximadamente 1.000 millones de años luz. Una cosa es que haya sido en dirección a la Gran Nube de Magallanes y otra que ocurriera cerca.

  6. Andrés dijo:

    El primer científico que propuso la idea de las ondas gravitacionales fue el francés Jules-Henri Poincaré, en el año 1905 (11 años antes que Einstein). Poincaré las llamaba “ondes gravifiques”. Véase la pág. 1507 del enlace http://web.archive.org/web/20050127151248/http://home.tiscali.nl/physis/HistoricPaper/Poincare/Poincare1905.pdf

    Entre 1895 y 1905, Poincaré también publicó la mayoría de las ideas que conforman la teoría de la relatividad especial, conocida en aquella época como “la relatividad de Poincaré y Lorentz”. Véase http://www.brera.unimi.it/sisfa/atti/1998/Giannetto.pdf

    Un saludo.

  7. Andrés dijo:

    El primer científico que propuso la idea de las ondas gravitacionales fue el francés Jules-Henri Poincaré, en el año 1905 (11 años antes que Einstein). Poincaré las llamaba “ondes gravifiques”. Véase la pág. 1507 del enlace http://web.archive.org/web/20050127151248/http://home.tiscali.nl/physis/HistoricPaper/Poincare/Poincare1905.pdf

    Entre 1895 y 1905, Poincaré también publicó la mayoría de las ideas que conforman la teoría de la relatividad especial, conocida en aquella época como “la relatividad de Poincaré y Lorentz”. Véase http://www.brera.unimi.it/sisfa/atti/1998/Giannetto.pdf

    Un saludo.

  8. elGolem dijo:

    Una pregunta, Francis (bueno, dos). Entiendo que se han medido las perturbaciones producidas produjo por ese evento de fusión que duró muy pocos segundos. Supongo que eso significa que esta observación podría haber pasado desapercibida de no estar “escuchando” justo en ese momento ¿no? ¿Cuántos eventos es esperable detectar en un año? Lo pregunto porque supongo que no sea especialmente frecuente que dos agujeros negros se fusionen y que otros acontecimientos producirían ondas demasiado débiles como para ser detectables. Gracias.

  9. Albert dijo:

    Muchas gracias por el post Jorge, ¿has visto esto?
    “Fermi GBM Observations of LIGO Gravitational Wave event GW150914”
    http://arxiv.org/pdf/1602.03920v1.pdf
    El telescopio espacial de rayos gamma FERMI podría haber captado una señal de rayos X provinente de la fusión de los dos agujeros negros que produjeron la onda gravitacional detectada por LIGO. ¿Qué opinas?
    Gracias de nuevo y saludos.

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