Julio 20, 2023.
El estudio de las ondas gravitacionales se vale de la detección de los cambios en la geometría del espacio-tiempo, es un nuevo recurso que se adiciona a la astronomía tradicional, la cual utiliza la detección electromagnética de eventos y de objetos.
Las Ondas Gravitacionales son perturbaciones del espacio-tiempo producida por objetos masivos acelerados. El espacio-tiempo deformado en su geometría por efectos de las masas, sufre ondulaciones cuando estas masas se aceleran. Las ondulaciones se desplazan a la velocidad de la luz (c), transportando energía y deformando el espacio-tiempo a su paso, esto es, lo contrae y lo dilata, en una medida determinada por la amplitud, frecuencia y período de las ondas gravitacionales.
Cualquier objeto masivo acelerado (traslaciones y rotaciones), produce Ondas Gravitacionales; sólo que los de mayor masa son “más fáciles” de detectar, algunos de ellos son: los eventos de Supernovas; la creación de un Agujero Negro; o la coalescencia de Estrellas de Neutrones o de Agujeros Negros.
La detección de las ondas gravitacionales requiere de enormes y sofisticadas instalaciones, debido a que las perturbaciones espacio-temporales son muy pequeñas. La primera detección fue la GW150914 (Gravitional Wave 2015/09/14) en Septiembre 2015, realizada en el Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), es el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser LIGO en EUA, constituido por dos enormes instalaciones, la de Hanford en Washington y la de Livingston, Luisiana. Fue un evento tan importante que le valió el Premio Nobel de Física 2017 a los investigadores principales, Reiner Weiss, Kip Thorne y Barry Barish.
El evento GW150914 cambió la longitud de los detectores de 4 km en 1/1000 el diámetro de carga de un protón. La señal duró 0,2 segundos en el rango de 35 Hz a 250 Hz (audible); primero llegó al detector de Livingston el primer pico de onda y siete (7) milisegundos después a Hanford, correspondiendo exactamente con el desplazamiento ondulatorio a velocidad luz (c). Los cálculos permitieron determinar que GW150914 consistió en la coalescencia de dos agujeros negros de ~35,6 y ~30,6 masa solares, formando un simple agujero negro de ~63, 1 masas solares; ubicado a 430 Mpc de la Tierra, en los alrededores de la Gran Nube de Magallanes.
Hasta ahora se han detectado cincuenta (50) eventos de ondas gravitacionales publicados en el catálogo GWTC-2 (Octubre 2020) de LIGO Scientific Collaboration, la colaboración de los observatorios de ondas gravitacionales LIGO, GEO600 y Virgo.
¿Cómo los Físicos Estudian las Ondas Gravitacionales?
Primero deben ser detectadas por los interferómetros láser de ondas gravitacionales, los cuales básicamente consisten en un haz láser dividido en dos rayos transversos, que viajan varios kilómetros, para luego converger en un detector capaz de medir su patrón de interferencia. Cuando una onda gravitacional pasa por los detectores, altera su longitud, lo cual producirá una alteración del patrón de interferencia. Una vez obtenido la medida de la onda, los cálculos permitirán determinar el tipo de evento; luego los observatorios en Rayos X, los observatorios en Rayos Gamma, los observatorios en Infrarrojo y los Ópticos, confirman y realizan su parte del estudio.
Los Observatorios de Ondas Gravitacionales
Son enormes y sofisticadas instalaciones llenas con las mentes más brillantes de la física y astrofísica. El corazón de estos complejos observatorios son los interferómetros láser, actualmente en operación están el LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) en EUA, el GEO600 en Sarsted en Alemania y el VIRGO en Pisa Italia (trabajan en colaboración como LIGO Scientific Collaboration). Existen proyectados los observatorios de LIGO-India y el Observatorio Einstein de la Unión Europea.
El estudio de las ondulaciones del espacio-tiempo u ondas gravitacionales, es un campo en la astronomía que amplía la exploración y comprensión del Cosmos.
Por OAGE. Física 1643.
Referencias: LIGO Scientific Collaboration
NASA´s Goddard Space Fligth Center