Agujeros negros a la vista

Desmetáfora
La fusión generó ondas gravitacionales que fueron detectadas por el instrumento localizado en Estados Unidos
La fusión generó ondas gravitacionales que fueron detectadas por el instrumento localizado en Estados Unidos (Especial )

El camino al éxito puede ser muy largo. Este fue el caso de los experimentos de detección de ondas gravitacionales que debieron recorrer una gran distancia antes de llegar al punto en que se encuentran hoy. Por primera vez y de manera directa se ha podido observar la deformación del espacio tiempo producido por las ondas gravitacionales. 

Para el experimento LIGO el éxito está en la sensibilidad de su instrumentación al medir el cambio más pequeño imaginable en la distancia que subtienden sus brazos.

LIGO es el acrónimo de  Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory; consiste en una escuadra con cuatro kilómetros de longitud en cada lado. Cuando una onda gravitacional pasa por ahí produce la contracción y elongación de los brazos. Esta distorsión rítmica es tan pequeña, que medirla es una proeza tecnológica sin precedentes.

El cambio medido en la longitud de los brazos de cuatro kilómetros de extensión es equivalente a determinar una variación del tamaño del espesor de un cabello en la distancia que existe entre el Sol y  Alfa Centauri, que se encuentra a 4.3 años luz de nosotros.

La capacidad de LIGO es tal que con un aparato así podríamos observar una distorsión de 0.1 milímetros en la distancia que hay entre la estrella más cercana y nuestro Sol. No está hecho para eso pero es el nivel de precisión del aparato.

LIGO anunció en fechas recientes la observación de un tercer evento en el que dos agujeros negros han colisionado para fundirse en uno solo. Esta fusión de agujeros negros generó ondas gravitacionales que de nuevo fueron detectadas por el sensible instrumento localizado en Estados Unidos.

En esta ocasión los valores medidos parecen indicar que se trataba de un agujero negro con una masa equivalente a 19 veces la que tiene nuestro Sol, que se  encontró con otro agujero de 32 masas solares. Al unirse, se generó un agujero negro mayor, con 49 masas solares, dejando el equivalente a 2 masas solares en forma de energía que violentó al espacio y al tiempo produciendo la vibración espacio temporal.

El 14 de septiembre de 2015 el experimento LIGO percibió el paso de una onda gravitacional por primera vez. Después llegaría una segunda en diciembre del mismo año y ahora se anuncia la detección de la tercera ondulación del espacio tiempo que atravesó el planeta el 4 de enero del presente año.

Las ondas gravitacionales son un poco diferentes a las ondas que podemos ver y oír. Sin embargo, la expansión en el agua de las ondulaciones provocadas por un objeto que se hunde nos ofrece una imagen metafórica de lo que ocurre con las ondas gravitacionales. Solo es importante tener en cuenta que se trata de una representación plástica de un fenómeno distinto. Las ondas gravitacionales no agitan el medio en que se propagan sino al espacio y al tiempo mismo. Cuando una onda gravitacional pasa por aquí, el tiempo se alarga y se acorta haciendo más largo y luego más corto el transcurso de los segundos. Lo mismo ocurre con el espacio que se acorta entre los objetos para luego alargarse al ritmo de la onda gravitacional.

El evento medido este año es consecuencia de un violento choque ocurrido hace 3 mil millones de años. Es el evento más alejado de los tres que han sido detectados y que ocurrieron hace 1300 millones de años, el primero, y 1400 millones de años el segundo. Es decir, que cuando los agujeros negros se fundieron para formar uno solo produciendo la onda gravitacional que acaba de llegar, la vida en nuestro planeta apenas comenzaba.

El experimento LIGO está viendo lo que ocurrió en alguna parte del cielo poco después de que nuestro sistema solar se formó.

¿Por qué resulta tan difícil medir la deformación del espacio tiempo? Una manera de entenderlo es la que expone Günter Spanner en su libro El secreto de las ondas gravitacionales. En él se compara el módulo de elasticidad de materiales conocidos con el que tiene nuestro espacio tiempo. Este módulo es una medida de la resistencia que oponen los objetos a deformarse ante la aplicación de una fuerza. La goma común tiene un módulo de elasticidad muy bajo y por eso se puede estirar y comprimir fácilmente. La madera tiene un módulo de elasticidad 100 veces mayor al de la goma y eso lo podemos notar con facilidad. El acero tiene un módulo 2 mil veces mayor y el material más duro de cuantos existen, el diamante, tiene un módulo de elasticidad 12 mil veces más grande.  Pues bien, la dureza del espacio tiempo es incomparable con la del diamante. El módulo de elasticidad del espacio tiempo es 10 mil millones de billones de veces más grande que la del diamante. La rigidez del espacio tiempo es pues inimaginable.

Uno no puede hacerse una idea de lo que significa un número tan grande. Las metáforas solo alcanzan para dar una idea progresiva pero no para percibir lo difícil que es deformar al espacio tiempo.

En 2018 el detector LIGO será mejorado para incrementar la sensibilidad del aparato. La expectativa es que con una tecnología más sofisticada se podría observar la colisión de estrellas de neutrones que tienen menos masa que los agujeros negros. Quizá se podrán detectar explosiones de supernovas o incluso fenómenos desconocidos.

A medida que se registran más eventos se consolida la evidencia. No obstante, sigue siendo muy importante que otro experimento observe estas señales. Un cierto nivel de escepticismo que aún perdura desaparecerá cuando otro detector, en otra parte del mundo, haga observaciones correlacionadas.

No olvidemos que ya en 1969 Joseph Weber, pionero de la búsqueda experimental de ondas gravitacionales, anunció tener la primera señal. Sin embargo, el experimento no pudo ser reproducido nunca. En 1987 el mismo Joseph Weber sostuvo que había detectado ondas gravitacionales provenientes de la explosión de la famosa Supernova 1987 A. Nuevamente sus mediciones fueron recibidas con mucho escepticismo. En 2014 el experimento BICEP 2 anunció que tenía evidencia de las ondas gravitacionales provenientes de la inflación cósmica, es decir, del origen mismo del universo. Al poco tiempo se comunicó que la medición estaba equivocada.

Ojala que pronto tengamos la confirmación de las observaciones de LIGO. La reproducibilidad es fundamental en el proceso científico de generación de conocimiento.