LAS ONDAS GRAVITACIONALES

Si se deja caer una piedra sobre un charco, avanzan ondas en el charco. Si por algún motivo aumenta la gravedad en algún sitio, por ejemplo, si chocan dos estrellas de neutrones, las líneas de la cuadrícula cósmica se agitan y la perturbación avanza, de manera similar a como avanzan las ondas en el charco de agua; la velocidad de propagación de las ondas gravitacionales es igual a la velocidad de la luz.

Figura 2. Los fenómenos gravitacionales producen perturbaciones en la estructura del espacio-tiempo (Physics World).

Por fin, el instrumento Ligo detectó el paso de ondas gravitacionales cuando dos hoyos negros de unos 100 km de diámetro se fusionaron en uno solo. Cuando los objetos se unificaron, parte de su masa se transformó en ondas gravitacionales, lo que produjo una señal muy intensa en Ligo. Las masas iniciales de los hoyos negros fueron de 36 y 29 masas solares, respectivamente. De éstas, tres masas solares se transformaron en energía gravitacional en 0.2 segundos.

El detector de ondas gravitacionales utiliza una propiedad de la luz conocida como interferometría. Estos patrones se producen cuando las ondas luminosos se suman o restan. El lector ha observado patrones de interferencia al mirar la luz de un foco a través de una cortina de gasa. Esta propiedad se puede utilizar para medir desplazamientos con enorme precisión. Si dos espejos están a la misma distancia de un detector o a una distancia distinta, el patrón de interferencia variará, porque el paso de las ondas gravitacionales deforma la Tierra. Es complejo medir las ondas gravitacionales, ya que producen oscilaciones del tamaño de un átomo para detectores separados varios kilómetros. ¡Es la distancia menor medida en la historia de la humanidad!

Figura 4. Patrón de interferencia (Sybille Yates).

El experimento Ligo hace lo siguiente: se colocan dos espejos a la misma distancia de un detector. Si reflejan un haz de luz de un rayo láser, éste produce un patrón de interferencia predeterminado. Si la distancia entre el detector y los espejos varía, cambiará el patrón de interferencia y se podrá conocer con gran precisión cuál fue el desplazamiento de los espejos.

Para lograr esta hazaña se utiliza un rayo láser que incide sobre un espejo que lo divide en dos haces sobre dos espejos equidistantes. Los espejos reflejan el haz que regresa al espejo divisor, éste los redirecciona a un detector que genera el patrón de interferencia. El patrón de interferencia permanece inalterado mientras los espejos permanezcan a la misma distancia. Si los espejos cambian ligeramente de posición, el patrón se modificará.

Figura 5. Interferómetro que empleó Ligo para medir el paso de las ondas gravitacionales.

Para tener la seguridad de que la señal que pudiera llegar a Ligo y mover los espejos fuera en realidad una onda gravitacional se construyeron dos equipos iguales, colocados a 3000 km de distancia. Las únicas señales válidas serían las idénticas que llegarán de manera cuasi simultánea a los dos detectores.

Figura 5. Ilustración de dos hoyos negros y la señal detectada por los dos laboratorios Ligo, conforme se fueron acercando (1, 2), y al colisionar (3) (Ligo).