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agujero negro, Alicia Sintes, David Reitze, espacio-tiempo, Hulse y Taylor, LIGO, onda electromagnética, onda gravitacional, Teoría de la Relatividad General
Se detecta una señal, de dos agujeros negros que se fusionaron hace 1.300 millones de años, liberando una energía equivalente a tres masas solares, tal como lo describe la ecuación de Einstein:
E = mc2
(La energía es igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado)
Fue anunciado este 11 de febrero en LIGO, justo 100 años después que lo predijera Einstein, validando su teoría de la relatividad general.
“ Señoras y señores, hemos detectado las ondas gravitacionales. Lo hemos conseguido. Abrimos una ventana al Universo” dice David Reitze (LIGO).
“ La sinfonía del Universo” dice Alicia Sintes, física de la Universitat de les Iles Balears (UIB), participante en el hallazgo.
Un agujero negro, es una zona donde la gravedad es tan fuerte, que si la luz intenta escapar, vuelve a verse atraída hacia él. Un agujero negro se forma cuando las estrellas que son varias veces más grandes que él Sol, han consumido su combustible y explotan, la explosión expulsa las capas externas de la estrella y estas forman una envoltura de gas, que a su vez presiona la zona central hacia el interior. Al absorber el agujero negro toda la luz no se puede ver, pero cuando hay estrellas, gas o polvo dando vueltas alrededor de un cuerpo central que no vemos solo puede tratarse de un agujero negro.
La Teoría de la Relatividad de Einstein, explica cómo interactúan: la materia, la energía, el espacio y el tiempo. Comprende dos teorías:
- La teoría de la relatividad especial (nada puede viajar a más velocidad que la de la luz, y el paso del tiempo es diferente para personas que viajan a distinta velocidad).
- La teoría de la relatividad general (incluye el tiempo como una dimensión más añadida a las tres del espacio (ancho, largo y alto) de Newton), es lo que llamamos: “espacio-tiempo” y tiene en cuenta la “gravedad”). Viene a decir que el espacio-tiempo se curva debido a la presencia de objetos con masa.
A esta señal de cambios que se propaga le denomina Einstein en la Teoría de la Relatividad General: onda gravitacional que es como las ondas electromagnéticas que se mueven a la velocidad de la luz.
Las partes del espectro electromagnético son:
- Ondas de radio: mayores que 187 mm.
- Microondas: de 187 – 10 mm.
- Ondas milimétricas: de 10 – 1 mm.
- Infrarrojo: de 1 mm a 750 nm (1nm = 1 x 10-9 m).
- Visible: de 750 – 400 nm.
- Ultravioleta: de 400 – 10 nm.
- Rayos X: de 10 – 0.01 nm.
Hasta la astronomía moderna solo se usaba la luz visible, a partir de la segunda guerra mundial se empezó a estudiar con el radar: las ondas de radio provenientes del Universo.
Debido a las dos teorías los cambios en el campo gravitatorio no pueden viajar más rápidos que la luz y no pueden ocurrir en todas partes instantáneamente: deben propagarse.
Una onda gravitacional es una ondulación del espacio-tiempo producida por un cuerpo masivo acelerado, que se propagan como ondas a la velocidad de la luz. Esta ondulación se genera cuando objetos o sistemas de objetos gravitan entre sí. La onda gravitacional lleva información que la radiación electromagnética no puede transmitir, información de masas y velocidades.
Las ondas electromagnéticas son causadas por electrones individuales que ejecutan movimientos complejos, movimientos al azar. Las ondas gravitacionales, llevan información como decíamos cuya conexión es directa con la estructura y el movimiento.
Las ondas gravitacionales son muy débiles, solo son detectables las que provienen de fenómenos de cataclismo como:
- Explosión de una supernova
- Formación de un agujero negro
- Choque estrellas de neutrones o caolescencia de agujeros negros.
- Rotación de una estrella de neutrones inhomogénea.
- Radiación gravitacional remanente del Big Bang.
La historia de la detección de ondas gravitacionales comenzó:
- Principios de 1960: J. Webber en Universidad de Maryland, primer detector con una sensibilidad de 10 a la menos 13 o 10 a la menos 14.
- Finales de 1960: Se construyen nuevos detectores: Glasgow, Múnich, París, Roma, Laboratorios Bell, Stanford, Rochester, LSU, MIT, Beijing y Tokio.
- De 1980 a 1994: toman los detectores dos caminos
- a)Detectores de barras criogénicas: Roma/Frascati, Stanford, LSU y Perth (Australia) con sensibilidad de 10 a la menos b)
- b)El interferómetro: desarrollado en MIT, Garching, Glasgow, Caltech y Tokio. Sensibilidad de 10 a la menos 18.
Hulse y Taylor reciben el Premio Nobel de Física del año 1993.
- En marzo de 2014: astrónomos del Centro Harvard-Smithsoniano (CEA) anuncian la detección de las ondas gravitacionales procedentes de “la explosión de crecimiento” del Universo llamado “inflación”. Con el telescopio BICEP2 situado en el Polo Sur.
- 11 de febrero de 2016: se identifica con los detectores LIGO, una fuente procedente de la colisión masiva de dos agujeros negro, que tiene lugar hace 1.300 millones de años. Es la primera detección directa, las otras fueron indirectas.
La señal: que han captado los dos observatorios LIGO, es un “blip” de apenas dos décimas de segundo. Se escuchan cambios de amplitud y frecuencia de las ondas gravitacionales. Contiene información del choque de dos agujeros negros de masa mediana, que giraban uno en torno al otro. Se concentran las masas en un punto, al que la gravedad le aísla del Universo. Los dos agujeros negros tenían masas 36 y 29 veces mayor que nuestro Sol. Se produce una débil perturbación gravitacional en cada giro, van perdiendo energía acercándose cada vez más, acelerando su movimiento. Las ondas gravitacionales aumentan la frecuencia, que pasa de unos tonos bajos a otros más altos. En los momentos finales los dos agujeros negros giran a la velocidad de la luz, después de la colisión de los dos agujeros negros, se fusionan en uno solo de 62 masas solares. Desprendieron una energía equivalente a la del Sol durante 15 billones de años.
LIGO (Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales) está en EE.UU. Liderado por los institutos tecnológicos de California y Massachusetts, Caltech y MIT, en el que participan 1.000 científicos de 15 países.
Es un instrumento óptico de precisión más grande del mundo, con dos detectores separados por 3.000 kilómetros, uno en Luisiana y el otro en Washington, es un edificio del que salen dos brazos, compuestos por dos haces de luz láser cuya longitud es de cuatro kilómetros que se modifican cuando pasa una onda gravitacional. Cuando llega una onda gravitacional, el espacio se deforma de manera que un brazo se hace más largo y otro brazo se hace más corto:
BRAZO A medirá: 3,999999999999999999999 kilómetros
BRAZO B medirá: 4,000000000000000000001 kilómetros
Este hallazgo abre las posibilidades de:
- Usar estas ondas para estudiar el Universo
- Comprender como se forman los “agujeros negros”, cuantos hay.
- Ciclo vital de las estrellas y el Universo
- Validez de la teoría de la Relatividad de Einstein
Links relacionados:
- Sonido de la onda de dos agujeros negros colisionando
https://www.youtube.com/watch?v=1TCyC5YkgEM&feature=player_embedded
- LIGO
- Lawrence M. Krauss
