Biografía íntima de la primera onda gravitacional. // reproducida de Nature por El diario El País

Biografía íntima de la primera onda gravitacional

http://elpais.com/elpais/2016/06/22/ciencia/1466597641_958355.html

Un estudio reconstruye el origen remoto del primer 'sonido' del universo, hace más de 11.000 millones de años

22 JUN 2016 - 18:57  CEST

Telescopios como el de la imagen (en Chile) ayudan a entender el origen del Universo. FERMILAB

La historia de la primera onda gravitacional detectada por un experimento humano es casi tan antigua como el Universo. Así lo indica un estudio publicado hoy que reconstruye hasta su origen más remoto la señal captada en septiembre de 2015 por el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO), uno de los descubrimientos más importantes de esta década.

Hace un siglo, Albert Einstein predijo que, de acuerdo con la teoría de la relatividad, los fenómenos más violentos del cosmos deberían producir intensos estallidos de energía que viajaría a la velocidad de la luz en forma de ondas gravitatorias. Estas ondulaciones curvan el espacio y el tiempo a su paso y se expanden en todas direcciones durante miles de millones de años. Pero detectarlas en la Tierra era imposible. El origen de estos fenómenos está tan lejos y sus señales atraviesan tanto espacio que al llegar al Sistema Solar son imperceptibles incluso con la tecnología más avanzada, pensó el genio alemán.

Ahora sabemos que se equivocó en el detalle y acertó, como siempre, en lo importante. La primera señal de ondas gravitatorias se captó en septiembre de 2015 y fue anunciada en febrero. La produjo la fusión de dos agujeros negros, cada uno unas 30 veces con más masa que el Sol, y sucedió hace unos 1.300 millones de años, cuando todos los terrícolas eran microbios incapaces de entender qué estaba pasando.

El nuevo estudio, publicado hoy en Nature, aclara cómo se formaron esos dos agujeros negros. El trabajo lo firman cuatro científicos expertos en cosmología y relatividad computacional de la Universidad de Chicago y el Instituto de Tecnología de Rochester, ambos en EE UU, y la Universidad de Varsovia, en Polonia. Han creado un modelo informático que reconstruye la historia del universo y permite estimar qué tipo de cuerpos celestes podrían producir una señal como la detectada por LIGO. Para esto han necesitado usar Atlas, el mayor superordenador dedicado al estudio de ondas gravitacionales del mundo, y además algo de tiempo de computación de miles de PCs de ciudadanos interesados por la ciencia a través del proyecto Universe@home.

Ahora sabemos que Einstein se equivocó en el detalle y acertó, como siempre, en lo importante

Los resultados muestran que, para viajar hasta la semilla de la primera onda gravitacional, hay que remontarse a unos 2.000 millones de años después del Big Bang. En aquel universo adolescente se formaron dos estrellas que tenían cada una al menos 40 veces más masa que el Sol y que estaban peligrosamente juntas. Es lo que los astrónomos llaman un sistema binario, dos astros que orbitan el uno en torno al otro y que, con cada vuelta, recortan un poco la distancia que los separa.

Las dos estrellas estaban entre las más brillantes y grandes de todo el Universo, según J. J. Eldridge, físico de la Universidad de Auckland (Nueva Zelanda). El científico razona que, si los cálculos del estudio son correctos, estos dos astros contribuyeron a que el Universo saliese de la llamada Edad oscura, un paso fundamental en la línea de eventos que lleva hasta nosotros pues, de no haberse superado esta etapa no habría estrellas, galaxias ni vida.

Cuatro millones de años después de su nacimiento, un instante en términos cosmológicos, a una de las dos estrellas se le agotó el combustible. Su enorme núcleo se derrumbó sobre sí mismo creando un punto matemático de volumen cero y densidad infinita.

Nada, ni siquiera la luz de su estrella compañera ni cualquier otra en todo el Universo era capaz de escapar a su atracción si se acercaba demasiado. Era un agujero negro de unas 30 masas solares.

Pasado otro millón de años, su estrella compañera sufrió idéntica metamorfosis.

Ambos monstruos estaban separados por unos 34 millones de kilómetros, bastante menos distancia que un viaje espacial de la Tierra a Marte. Según los cálculos del estudio, la atracción gravitatoria entre ambos fue royendo centímetros a esa separación hasta que, 10.000 millones de años después, acabaron fundiéndose en un violento abrazo. La unión formó un gran agujero negro y liberó en fracciones de segundo toda la energía que cabría en tres estrellas como el Sol. Si alguien hubiese estado cerca, hubiera vivido una letal tormenta donde el espacio se estiró y se contrajo como un chicle y el tiempo osciló de forma caótica entre el pasado y el futuro.

Las ondas gravitacionales producidas por esta fusión siguieron avanzando hasta que, ya reducidas a una vibración menor que la milésima parte del diámetro de un protón, pasados 1.300 millones de años, fueron captadas por los haces de luz láser del experimento LIGO, instalados en Luisiana y Washington, con un pequeñísimo retardo que permitió determinar la región del universo desde la que llegaban. La noticia causó una enorme expectación que alcanzó las portadas de los mejores periódicos del mundo. Einstein era reivindicado una vez más, justo 100 años después de su predicción, y se abría una nueva era para la exploración y comprensión del cosmos. Si no es la mejor historia jamás contada, por lo menos es una de las más largas: 11.700 millones de años de principio a fin.

MIL FUSIONES AL AÑO

Una de las principales utilidades de los observatorios de ondas gravitacionales como LIGO o el europeo Virgo es reconstruir la evolución del universo. Permiten saber cómo y dónde nacen los agujeros negros, cómo se transforman y estimar cuántos hay en el universo observable. De hecho hasta ahora las observaciones de estos monstruos del cosmos, que influyen de forma fundamental en la evolución de todas las galaxias, incluida la nuestra, eran indirectas.

El objetivo ahora es ir sumando detecciones de ondas que aclaren todos estos asuntos. Según el estudio publicado hoy, se detectarán unas 1.000 fusiones de agujeros negros similares a las captadas hasta ahora cada año una vez que LIGO y el resto de observatorios alcancen su máxima sensibilidad.