Detección de ondas gravitacionales

Una onda gravitatoria es una onda invisible que se produce y propaga en el espacio a la velocidad de la luz. Estas ondas contraen y estiran cualquier cosa que encuentran en su camino.

La gravedad es en realidad el efecto de la deformación del espacio-tiempo causada por una masa. Si la masa es muy grande, la deformación es también muy grande. Si, además, la masa está en movimiento, entonce produce ondulaciones en el espacio que se expanden como lo hacen las ondas.

Las ondas gravitatorias se producen por cualqueir masa que esté en movimiento, pero el efecto en el espacio es minúsculo, tanto que no se puede ni siquiera medir. Para tener ondas que sean potentes necesitamos masas enormes que se muevan a gran velocidad. Hay situaciones que pueden generarlas, como estos:

- La explosión de una estrella, una supernova.
- Dos estrellas supermasivas que orbitan entre sí. Un par binario.
- Dos agujeros negros que orbitan y se fusionan.

Aun así, las ondas gneradas pueden ser muy débiles, aunque en el caso de los agujeros negros tenemos un escenario donde la masa concentrada es desmesurada y las ondas generadas son apreciables. Expresado en términos físicos, una onda gravitacional intensa produciría desplazamientos del orden de 10 a la -18 metros, una cantidad 1000 veces más pequeña que el diámetro del protón.

Por otrea parte, estos eventos son cataclísmicos y, afortunadamente, se dan en zonas remotas muy alejadas dela Tierra. Por lo que las ondas que nos llegan ya están muy debilitadas. Y si son difíciles de detectar, al ser muy débiles la cosa se complica.

Entonces, ¿se pueden detectar las ondas gravitatorias?

El experimento LIGO consiste en un observatorio de ondas gravitacionales. la manera de observarlas es detectando las oscilaciones que se producen en la Tierra al ser atravedasa por las ondas. El problema es que la propia Tierra se deforma al son de la onda ya que es el espacio el que se ondula. Y lo hace en una escala ridículamente pequeña.

Así pues, solo nos queda utilizar algo sobre lo que podamos medir el efecto, y esa cosa es un haz de luz láser.

La idea es proyectar un rayo de luz láser a gran distáncia, hacero rebotar e interferirlo con otro igual que se mueva en otra dirección. Si una onda gravitatoria producen una ondulación en el espacio, la luz tendrà que recorrer una distancia ligeramente mayor, por la deformación. A la vez, el laser en la dirección perpendicular no estará afectado por la cresta de la onda, dando lugar a una diferencia en el recorrido de ambos haces de luz. El recorrido de estos haces de luz es de 4 km.

Al interferir los dos rayos, habrá un desplazamiento mínimo que se mostrará como un patron de interferencia si una onda gravitatoria atraviesa los haces. Pero eso no es todo, Si una onda gravitacional llega a la Tierra, la hará oscilar entera. Por eso hay dos detectores ligo, separados 3.000 km, y un positivo se ha de producir en los dos a la vez.

Ahora bien, cualquier oscilación en el laboratorio o en las cercanías puede dar un falso resultado. También la fuerza de marea que produce el Sol y la Luna, los cambios de temperatura, etc. Por eso requiere de sistemas de aislamiento sísmico, electroimanes en los espejos para contrarrestar los efectos mencionados y un sinfín de tecnología para conseguir una precisión máxima.

El 14 de septiembre de 2015, ambos interferómetros registraron una perturbación que duró 0,2 segundos. El perfil de la señal no solo fue idéntico en ambos detectores, sino que coincide a la perfección con la predicción de la fusión de dos agujeros negros.