Empieza la caza de ondas gravitatorias

Nuevos cálculos indican que densos cúmulos de estrellas que están dispersos por las galaxias en la vecindad cósmica de la Tierra actúan como líneas de montaje de pares de agujeros negros que orbitan en gran proximidad, expulsándolos después al exterior del cúmulo, donde acaban uniéndose y fundiéndose en uno. El año que viene, si todo va bien, los científicos serán capaces de dar los primeros pasos en la demostración de esa teoría con un nuevo instrumento de 350 millones de dólares, un observatorio de ondas gravitatorias denominado LIGO. El observatorio, que se inaugura el próximo día 11 y que iniciará en enero la fase de pruebas, ha sido diseñado para detectar ondas gravitatorias predichas por la relatividad general de Einstein.

Con el objetivo de detectar directamente por primera vez ondas gravitatorias, los físicos han diseñado el LIGO, (siglas en inglés de Observatorio de Ondas Gravitatorias por Interferómetro Láser) que, en realidad, está formado por dos estaciones distintas, una en el estado de Luisiana y otra en el de Washington.Hasta ahora, los astrofísicos habían supuesto que los pares de agujeros negros son tan poco comunes que sería casi imposible detectarlos. Por ellos, los científicos de LIGO supusieron que su primera captura de ondas gravitatorias procedería de acontecimientos menos violentos del cosmos. Los nuevos cálculos, realizados por Simon F. Portegies Zwart (Universidad de Boston), y por Stephen L.W. McMillan (Universidad de Drexel), indican que las fusiones detectables de agujeros negros podrían ser mil veces más comunes que los acontecimientos en los que el LIGO había puesto su punto de mira.

Barry Barish, físico del Instituto de Tecnología de California (Caltech) que dirige el LIGO, comenta que si los cálculos son correctos, sus consecuencias para los cinco ó seis primeros años de operaciones del observatorio serán asombrosas. Los detectores del LIGO que funcionarán durante ese tiempo son mucho menos sensibles que los que vendrán después, y de los pares de agujeros negros depende el ver ondas gravitatorias o no verlas en absoluto en esa primera fase.

Si los nuevos cálculos son correctos, las mejoras podrían aumentar el posterior índice de detección del LIGO desde varios acontecimientos al año hasta uno o dos diarios, según Stuart Shapiro (Universidad de Illinois).

Premio Nobel

Las ondas gravitatorias, ondulaciones en el tejido del espacio, llevan décadas burlando a los físicos porque sólo han dado a conocer indirectamente su presencia. Cuando Joseph Taylor y Russell Hulse, de la Universidad de Princeton, observaron un par de estrellas de neutrones atrapadas en una reducida órbita una alrededor de la otra, trabajo por el que ganaron el Premio Nobel en 1993, formularon la teoría de que ese sistema debería producir ondas gravitatorias. Las estrellas giratorias de neutrones, rescoldos superdensos que quedan a veces cuando una estrella corriente masiva colapsa y hace explosión en forma de supernova, agitan ligeramente el tejido de cuatro dimensiones de espacio y tiempo que las rodea. Según la teoría de la relatividad, esa agitación debería enviar una débil señal de ondas gravitatorias.

Taylor y Hulse no pudieron medir esas ondas directamente. Pero lograron demostrar que la rotación del sistema de dos estrellas, o binario, se aceleraba a medida que las estrellas giraban en espiral cada vez más juntas, exactamente lo que se esperaría si la energía fuese extraída por ondas gravitatorias.

LIGO, construido por Caltech y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), está diseñado para medir el ligero estiramiento y encogimiento del espacio causado por esas turbulencias, pero no será capaz de recoger una emisión de ondas gravitatorias tan tenue. Sin embargo, cuando un par de estrellas de neutrones se acercan tanto que chocan y se funden, la oleada de ondas gravitatorias resultante debería ser detectable si el impacto ocurre en una de las miles de galaxias que se encuentran a unos 50 millones de años luz de la Tierra.

Ese proceso depende de estrellas ordinarias que nacen ocasionalmente en pares, hacen explosión como supernovas y dejan estrellas de neutrones con una masa de aproximadamente 1,5 veces la del Sol. Los agujeros negros contienen la masa de 10 o más soles y son aún más exóticos, ya que han colapsado tras un velo gravitatorio llamado horizonte de observación del que no puede escapar ni la luz. Las probabilidad de que se formen pares de agujeros negros como se forman sistemas binarios de estrellas de neutrones es muy pequeña.

Por eso, McMillan y Portegies Zwart contemplaron la posibilidad de que los pares de agujeros negros pudieran ser fabricados en el interior de apretadas agrupaciones de estrellas llamadas cúmulos globulares. Elllos se dieron cuenta de que, en los cúmulos, que pueden contener millones de estrellas, los agujeros negros individuales caen al centro debido a su gran masa. Una vez allí, los agujeros negros se atraen mutuamente gravitatoriamente y se unen en pares formando sistemas binarios y los agujeros negros pueden acabar fundiéndose en una colisión espectacular. Según Barish, como los agujeros negros tienen más masa que las estrellas de neutrones, se emiten más ondas gravitatorias y los acontecimientos son más fáciles de ver a grandes distancias.

Los autores del nuevo trabajo hacen hincapié en el hecho de que un conocimiento imperfecto de los cúmulos y los agujeros negros significa que sus cálculos tienen un factor de error de alrededor de 10. "Todavía no tenemos garantías", comenta Kip Thorne, colaborador del LIGO y físico teórico en Caltech. Pero él cree que los nuevos cálculos indican que "probablemente veremos un número muy elevado de fusiones de agujeros negros".

Como las ondas gravitatorias son una predicción crucial de la teoría de la relatividad, los físicos considerarían su detección como un éxito muy importante.

© The New York Times