{"id":9890,"date":"2020-03-20T14:50:28","date_gmt":"2020-03-20T20:50:28","guid":{"rendered":"http:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/?p=9890"},"modified":"2020-03-20T14:50:28","modified_gmt":"2020-03-20T20:50:28","slug":"las-ondas-gravitacionales","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/?p=9890","title":{"rendered":"LAS ONDAS GRAVITACIONALES"},"content":{"rendered":"

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Julieta Fierro*<\/p>\n

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CIENCIA UANL \/ A\u00d1O 23, No.100 marzo-abril 2020<\/p>\n

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Los astr\u00f3nomos cuentan con una nueva herramienta para explorar el universo: las ondas gravitacionales. Hasta hace poco, casi toda la informaci\u00f3n se obten\u00eda a partir del an\u00e1lisis de la luz y del resto de la radiaci\u00f3n electromagn\u00e9tica.<\/p>\n

Albert Einstein predijo que el espacio se curva en presencia de cuerpos con gran cantidad de materia. As\u00ed como cuando aventamos una pelota cae hacia la Tierra, siguiendo una par\u00e1bola, la luz cae hacia los cuerpos muy masivos formando una trayectoria curva. Podemos imaginar que el universo est\u00e1 lleno de l\u00edneas plegadas invisibles, por donde se desplazan los astros y los rayos de luz: como si el universo fuera una inmensa cuadr\u00edcula de cuatro dimensiones, tres espaciales y una temporal.<\/p>\n

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Figura 1. Albert Einstein predijo la curvatura del espacio (ESA).<\/p><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Si se deja caer una piedra sobre un charco, avanzan ondas en el charco. Si por alg\u00fan motivo aumenta la gravedad en alg\u00fan sitio, por ejemplo, si chocan dos estrellas de neutrones, las l\u00edneas de la cuadr\u00edcula c\u00f3smica se agitan y la perturbaci\u00f3n avanza, de manera similar a como avanzan las ondas en el charco de agua; la velocidad de propagaci\u00f3n de las ondas gravitacionales es igual a la velocidad de la luz.<\/p>\n

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Figura 2. Los fen\u00f3menos gravitacionales producen perturbaciones en la estructura del espacio-tiempo (Physics World).<\/p><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Aunque Einstein predijo la existencia de ondas gravitacionales, hasta ahora no hab\u00eda sido posible medirlas. Para conmemorar los 100 a\u00f1os de los cinco primeros art\u00edculos de Einstein, en 2005 se colocaron tres sat\u00e9lites en \u00f3rbita a la misma distancia de la Luna con la esperanza de que, al pasar una onda gravitacional, dos de ellos se alejaran y acercaran al mismo tiempo que el tercero y la Luna se acercaran y alejaran a la misma frecuencia. El experimento no tuvo \u00e9xito porque los posicionadores globales de la \u00e9poca no eran lo suficientemente sensibles como para detectar movimientos tan peque\u00f1os de manera precisa. Sin embargo, gracias a este intento, los posicionadores se han perfeccionado y ahora nos beneficiamos todos los d\u00edas con ellos, ubicando nuestra posici\u00f3n con toda facilidad. Ahora se est\u00e1n construyendo nuevos sat\u00e9lites con mejores instrumentos para tratar de detectar el paso de ondas gravitacionales.<\/div>\n
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Figura 3. Pronto existir\u00e1n laboratorios en \u00f3rbita para medir el paso de ondas gravitacionales. Por ejemplo, LISA, que las detectar\u00e1 midiendo c\u00f3mo var\u00edan las distancias de objetos en ca\u00edda libre que lleva a bordo (ESA-C. Carreau).<\/p><\/div>\n<\/div>\n

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Por fin, el instrumento Ligo detect\u00f3 el paso de ondas gravitacionales cuando dos hoyos negros de unos 100 km de di\u00e1metro se fusionaron en uno solo. Cuando los objetos se unificaron, parte de su masa se transform\u00f3 en ondas gravitacionales, lo que produjo una se\u00f1al muy intensa en Ligo. Las masas iniciales de los hoyos negros fueron de 36 y 29 masas solares, respectivamente. De \u00e9stas, tres masas solares se transformaron en energ\u00eda gravitacional en 0.2 segundos.<\/p>\n

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El detector de ondas gravitacionales utiliza una propiedad de la luz conocida como interferometr\u00eda. 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 trav\u00e9s de una cortina de gasa. Esta propiedad se puede utilizar para medir desplazamientos con enorme precisi\u00f3n. Si dos espejos est\u00e1n a la misma distancia de un detector o a una distancia distinta, el patr\u00f3n de interferencia variar\u00e1, porque el paso de las ondas gravitacionales deforma la Tierra. Es complejo medir las ondas gravitacionales, ya que producen oscilaciones del tama\u00f1o de un \u00e1tomo para detectores separados varios kil\u00f3metros. \u00a1Es la distancia menor medida en la historia de la humanidad!<\/p>\n

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Figura 4. Patr\u00f3n de interferencia (Sybille Yates).<\/p><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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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 l\u00e1ser, \u00e9ste produce un patr\u00f3n de interferencia predeterminado. Si la distancia entre el detector y los espejos var\u00eda, cambiar\u00e1 el patr\u00f3n de interferencia y se podr\u00e1 conocer con gran precisi\u00f3n cu\u00e1l fue el desplazamiento de los espejos.<\/p>\n

Para lograr esta haza\u00f1a se utiliza un rayo l\u00e1ser 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, \u00e9ste los redirecciona a un detector que genera el patr\u00f3n de interferencia. El patr\u00f3n de interferencia permanece inalterado mientras los espejos permanezcan a la misma distancia. Si los espejos cambian ligeramente de posici\u00f3n, el patr\u00f3n se modificar\u00e1.<\/p>\n

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Figura 5. Interfer\u00f3metro que emple\u00f3 Ligo para medir el paso de las ondas gravitacionales.<\/p><\/div>\n

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Para tener la seguridad de que la se\u00f1al 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 \u00fanicas se\u00f1ales v\u00e1lidas ser\u00edan las id\u00e9nticas que llegar\u00e1n de manera cuasi simult\u00e1nea a los dos detectores.<\/p>\n

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Figura 5. Ilustraci\u00f3n de dos hoyos negros y la se\u00f1al detectada por los dos laboratorios Ligo, conforme se fueron acercando (1, 2), y al colisionar (3) (Ligo).<\/p><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Gracias a las ondas gravitacionales podremos estudiar los objetos cuya gravedad es inmensa, como los hoyos negros de millones de masas solares que est\u00e1n en los centros de las galaxias.<\/p>\n

Las ondas gravitacionales no s\u00f3lo son una gran herramienta para detectar eventos muy energ\u00e9ticos en el cosmos, tambi\u00e9n nos aportan conocimiento b\u00e1sico en F\u00edsica, adem\u00e1s la tecnolog\u00eda desarrollada para estos descubrimientos se traduce en productos de innovaci\u00f3n que a la larga benefician a millones de seres humanos. Aunque el objetivo de la ciencia es s\u00f3lo avanzar el conocimiento, es innegable la enorme cantidad de productos que ha generado y que empleamos todos los d\u00edas para hacernos m\u00e1s grata la existencia.<\/p>\n

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*Universidad Nacional Aut\u00f3noma de M\u00e9xico.
\nContacto: julieta@astro.unam.mx<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n

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