MODELO DE ONDAS GRAVITACIONALES

La animación muestra la fusión de dos agujeros negros, creando ondas en el espacio tiempo, u ondas gravitacionales, como las detectadas por primera vez por los investigadores del Observatorio de Ondas Gravitatorias del Interferómetro Láser (LIGO). Crédito: Caltech

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Hace un siglo, Albert Einstein teorizó que cuando los objetos se mueven a través del espacio, crean ondas alrededor del espacio-tiempo. Estas ondas gravitacionales se mueven hacia afuera, como las ondas provocadas en el agua, al ser lanzada una piedra  a través de la superficie de un estanque. 

Muy poco se  sabía que hace 1,3 mil millones de años atrás, dos agujeros negros masivos colisionaron. La colisión liberó grandes cantidades de emergía en una fracción de segundo (aproximadamente, 50 veces más que toda la energía en el universo visible) enviando ondas gravitacionales en todas las direcciones.

El 14 de septiembre de 2015 estas olas de ondas gravitacionales, alcanzaron la Tierra, las cuales fueron detectadas por los investigadores del Observatorio de Ondas Gravitatorias Interferómetro Láser (LIGO).

Enlace al vídeo LIGO:The First Observation of Gravitational Waves

¿Por qué es importante?

Einstein publicó la Teoría de la Relatividad General en 1915. En ella, predijo la existencia de ondas gravitacionales, que nunca se habían detectado directamente hasta ahora. En 1974, los físicos descubrieron que dos estrellas de neutrones que orbitan entre sí se acercan cada vez más, de una manera que hacía juego con las predicciones de Einstein. Pero solo fue hasta el año 2015, cuando los instrumentos de LIGO se mejoraron y se hicieron más sensibles, y fueron capaces de detectar la presencia de ondas gravitatorias reales, confirmando así la última pieza importante de la teoría de Einstein.

También es importante porque las ondas gravitacionales llevan información sobre su creación y sobre las propiedades fundamentales de la gravedad, que no se pueden ver a través de observaciones del espectro electromagnético. Gracias al descubrimiento de LIGO, un nuevo campo de la ciencia ha nacido: la Astronomía de Ondas Gravitacionales.

Enlace al vídeo LIGO: Opening a New Window Onto the Universe

¿Cómo lo hicieron?

LIGO consta de instalaciones en Washington y Louisiana. Cada observatorio utiliza un rayo láser, el cual mediante  largos tubos, se divide y envía la información  hacia abajo a través de 4 kilómetros. Los rayos láser indican de manera precisa la distancia entre los espejos colocados en los extremos de cada tubo. Cuando una onda gravitatoria pasa por ellos, los espejos se mueven en una pequeña distancia, cambiando la distancia entre ellos.

LIGO es tan sensible que puede detectar un cambio pequeñísimo de un valor aproximado menor a 1 / 10.000 de la anchura de un protón (10^-19 metros). El tener  dos observatorios colocados a una gran distancia de separación, permite que los investigadores se aproximen a la dirección en que las olas vienen, permitiendo confirmar que la señal está llegando desde el espacio en lugar de algo cercano (tal como un camión pesado o un terremoto).

Por lo tanto, la creación de un modelo que demuestra las ondas gravitacionales que viajan a través del espacio-tiempo, es tan simple como hacer un universo de gelatina. Incluso los estudiantes podrían desarrollar un modelo que muestre las ondas gravitacionales que viajan a través del espacio-tiempo.

Fuente: JPL Caltech / NASA

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¿QUE SON LAS ONDAS GRAVITACIONALES?

Las ondas gravitacionales son perturbaciones en el espacio-tiempo en la estructura misma del universo, que viajan a la velocidad luz. Las olas son emitidas por cualquier masa que esta cambiando la velocidad o dirección. El ejemplo más simple es un sistema binario, donde un par de estrellas u objetos compactos (como los agujeros negros) orbitan un centro de masa común.

El jueves 11 de febrero, la National Science Foundation (NSF) anunció que el Observatorio de Interferómetro Láser gravitacional-Wave (LIGO) había confirmado la detección de Ondas Gravitacionales, mediante un par de los observatorios terrestres. 

Pero...¿Que son las ondas gravitacionales?  

Podemos pensar en los efectos gravitacionales como curvaturas en el espacio-tiempo. La gravedad de la Tierra es constante y produce una curva estática en el espacio-tiempo. Una onda gravitacional es una curvatura que se mueve a través del espacio-tiempo mucho más como una ola de agua se mueve a través de la superficie de un lago. Que sólo se genera cuando las masas se están acelerando, frenando o cambiando de dirección

Vamos a explicar:

 Se puede pensar en los efectos gravitacionales como curvaturas en el espacio-tiempo. En el caso de nuestro planeta, la gravedad de la Tierra es constante y produce una curva estática en el espacio-tiempo; por lo tanto, una onda gravitacional es una curvatura que se mueve a través del espacio-tiempo muy semejante  a una ola de agua cuando se mueve a través de la superficie de un lago, pero que se genera cuando se aceleran las masas frenando o cambiando de dirección.

La Tierra también emite Ondas Gravitacionales, debido a que gira alrededor del Sol, significando que su dirección está siempre cambiando, por lo que generan las ondas gravitacionales, aún cuando son extremadamente débiles.

¿Qué aprendemos de estas ondas?

La observación de las ondas gravitacionales sería un gran paso adelante en nuestra comprensión de la evolución del universo, y cómo se forman las estructuras a gran escala, como las galaxias y cúmulos de galaxias.

Las ondas gravitatorias pueden viajar a través del universo sin ser impedidas por la intervención de polvo y gas. Estas ondas también podrían proporcionar información sobre los objetos masivos, tales como los agujeros negros, los cuales no emiten luz y serían indetectable con los telescopios tradicionales.

Al igual que necesitamos ambos telescopios ópticos basados ​​en el espacio y basados en tierra, necesitamos ambos tipos de observatorios de ondas gravitacionales para estudiar las diferentes longitudes de onda. Cada tipo se complementa con el otro.

Con base en tierra: Para los telescopios ópticos, la atmósfera de la Tierra impide que algunas longitudes de onda llegue al suelo y distorsiona la luz que lo hace; en cambio, los telescopios Basados en el espacio,   tienen una visión clara y constante. Dicho esto, los telescopios en el suelo pueden ser mucho más grande que cualquier cosa jamás lanzada al espacio, pudiendo así capturar más luz de los objetos tenues.

¿Cómo se relaciona esto con la teoría de la relatividad de Einstein?

La detección directa de las ondas gravitacionales es la última predicción importante de la Teoría de Einstein en ser probada. La detección directa de estas ondas, permitirá a los científicos poner a prueba las predicciones específicas de la teoría bajo condiciones que no se han observado hasta la fecha, como por ejemplo, en campos gravitacionales muy fuertes.

En el lenguaje cotidiano, la "teoría" significa algo diferente de lo que hacen los científicos. Para los científicos la palabra se refiere a un sistema de ideas que explica las observaciones y resultados experimentales a través de principios generales independientes.

En cambio, la Teoría de la gravedad de Isaac Newton tiene limitaciones que podemos medir mediante, por ejemplo, las observaciones a largo plazo del movimiento del planeta Mercurio. La teoría de la relatividad de Einstein explica estas y otras mediciones. Reconocemos que la teoría de Newton es incompleta cuando hacemos mediciones suficientemente sensibles. Es probable que esto también es cierto para la relatividad, y las ondas gravitacionales puede ayudarnos a entender donde se convierte en incompleta.

Fuente: NASA - Crédito de las imágenes: NASA

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ONDAS GRAVITACIONALES – CIENTÍFICOS CONFIRMAN LA TEORÍA DE EINSTEIN

Los cientificos anuncian el importante descubrimiento de las ondas gravitacionales predichas por Einstein

Hoy jueves 11 de febrero de 2016, científicos de varios países anunciaron este jueves haber detectado en forma directa las ondas gravitacionales que fueron previstas por Einstein hace un siglo. "Damas y caballeros, hemos detectado ondas gravitacionales. ¡Lo hicimos!", afirmó David Reitze, director ejecutivo del Proyecto LIGO al inicio de la conferencia, realizada en Washington DC, Estados Unidos.

Vista aérea del detector LIGO en Hanford, Washington. Crédito: LIGO

LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory -Observatorio de interferometría láser de ondas gravitacionales), es un experimento de detección de Ondas Gravitacionales, que ha confirmado la existencia de las ondas predichas por la Teoría de la Relatividad General de Einstein, y logrando medir sus propiedades.

LIGO

El choque entre sí de dos agujeros negros hace unos 1.300 millones de años provocó un cataclismo que lanzó esas ondas en todas direcciones hasta que llegaron a la Tierra el pasado 14 de septiembre 2015, donde fueron captadas por instrumentos instalados en Estados Unidos, informaron científicos durante la presentación.

1. Representación de la colisión de dos agujeros negros. Crédito: Caltech y Universidad Cornell

En una multitudinaria conferencia de prensa en Washington, los científicos del Observatorio estadounidense de interferometría láser (LIGO) pusieron fin a meses de rumores y de gran expectación entre la comunidad investigadora ante un descubrimiento que abre la puerta para redescubrir el Universo, esta vez, sin necesidad de la luz. "Nuestra observación de las ondas gravitacionales cumple con un ambicioso objetivo establecido hace cinco décadas para detectar de manera directa este fenómeno y entender mejor el universo", explicó Reitze. "Además, completamos el legado de Einstein en el centenario de su Teoría de la Relatividad General", añadió.

Einstein descubrió en su Teoría de la Relatividad que los objetos que se mueven en el Universo producen ondulaciones en el espacio-tiempo y que estas se propagan por el espacio. Predecía así la existencia de las ondas gravitacionales. Este hallazgo abre una nueva puerta en la astronomía, porque hasta ahora los científicos se han valido de diferentes formas de ondas electromagnéticas para observar el Universo. "Lo realmente emocionante es lo que viene después", aseguró Reitze. "Hace 400 años Galileo apuntó un telescopio al cielo y abrió la era moderna de la astronomía. Creo que estamos haciendo algo igual de importante. Estamos abriendo la era de la astronomía gravitacional".

Las ondas fueron encontradas a las 9:51 horas (6:51 hora Chile continental) del pasado 14 de septiembre a través de los dos detectores de LIGO.

Primero se notó que en el interferómetro localizado en Livingston (Louisiana, EE.UU.), y siete milisegundos después se notó en el de Hanford (Washington). Kip Thorne, cofundador de LIGO y también conocido por su rol como asesor científico de la película "Interestelar", indicó que fue el trabajo hecho entre 2010 y 2015, cuando se creó el proyecto "Advanced LIGO" con interferómetros de mayor sensibilidad, el que permitió el hallazgo. De hecho, la observación del fenómeno ocurrió durante el periodo de pruebas finales, antes de la puesta en marcha oficial del periodo de ciencia. "Hasta ahora habíamos visto el universo como un océano tranquilo. Nunca lo habíamos visto como un océano en medio de una tormenta. Todo eso cambió el 14 de septiembre", declaró Thorne.

Las ondas gravitacionales alternativamente se estiran y comprimen el espacio-tiempo, tanto vertical como horizontalmente a medida de que se propagan. Crédito: M.Possel / Einstein Online

Las ondas gravitacionales transportan información acerca del movimiento de los objetos en el universo, y se espera que permitan observar la historia del Universo hasta instantes remotos por cuanto interaccionan con la materia comprimiendo los objetos en una dirección y estirándolos en dirección perpendicular; por lo tanto, los más modernos detectores de ondas gravitacionales tienen la forma de L y miden las longitudes relativas de sus brazos por medio de las longitudes relativas de sus brazos por medio de la interferometría que observa los patrones de interferencia producidos al combinar dos fuentes de luz. Dos de estos interferómetros se encuentran en los Estados Unidos – uno en Hanford, Washington y el otro en Livingston, Luisiana.

Las ondas gravitacionales son creadas en algunos de los eventos más violentos de nuestro universo, como la fusión de dos agujeros negros. Imagen a través de Swinburne Astronomy Producciones / JPL de la NASA.

LIGO es por lo tanto, el mayor de los detectores de ondas gravitacionales, con sus  brazos de 4 kilómetros de longitud.

Otros detectores son el  VIRGO en Italia, el GEO en Alemania y el TAMA en Japón.

Fuente: LIGO Scientific Collaboration / Emol / Wikipedia / El País /Earth Sky  et al.