Ondas gravitacionales, perturbaciones en el espacio-tiempo

Las ondas gravitacionales, que son invisibles, extremadamente rápidas y se producen en el espacio desplazándose a la velocidad de la luz –la cual es de 300,000 kilómetros por segundo–, han ocupado el interés científico de algunos físicos desde hace muchas décadas.

Se extienden de manera semejante a las ondas que se generan en un cuerpo de agua al lanzar una piedra, y son capaces de contraer y estirar cualquier cosa que encuentran a su paso.

“Si pasaran a través de nosotros nos haríamos altos y flacos, y después gordos y bajos, una y otra vez”, señaló Miguel Alcubierre Moya, investigador del Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) de la UNAM.

Al ofrecer la conferencia Ondas gravitacionales y colisiones de agujeros negros, con la que se inauguró el Curso de actualización docente para profesores de bachillerato organizado por el ICN y la Escuela Nacional Preparatoria (ENP), explicó que éstas fueron descritas por Albert Einstein hace más de 100 años, pero es hasta nuestra época que se pueden detectar con observatorios como LIGO en Estados Unidos, VIRGO en Italia, GEO 600 en Alemania, y KAGRA en Japón.

Newton y Einstein

Ante cerca de 70 profesores de la ENP provenientes de las áreas de física, química y matemáticas, Alcubierre Moya –doctor en física y exdirector del ICN– describió que la teoría clásica de la gravedad es la Ley de Gravitación Universal de Isaac Newton, que explica la caída de los objetos y las órbitas de los planetas.

“Esta teoría tiene un serio inconveniente, pues supone que la gravedad actúa de manera instantánea: si alguien moviera el Sol, la Tierra lo notaría inmediatamente. Esta ‘acción a distancia’ no le gustaba a Newton, pero consideraba que tendría que dejarse así hasta que se entendiera mejor la naturaleza de la gravedad”, mencionó.

Detalló que el problema empeoró cuando Albert Einstein desarrolló la teoría de la relatividad, que mostró que nada podía viajar más rápido que la luz y que nada puede actuar de manera instantánea.

Einstein dedicó 10 años a buscar una nueva teoría de la gravedad. “Este esfuerzo culminó en 1915 con la teoría de la relatividad general, que predice que la gravedad no es instantánea, sino que se propaga precisamente a la velocidad de la luz”, indicó.

El investigador universitario dijo que la teoría de la relatividad general no es una modificación pequeña de la teoría de Newton, sino una revolución en los conceptos de espacio y tiempo.

“Según la relatividad general, el espacio y el tiempo no son rígidos. La geometría del espacio y el flujo del tiempo se modifican por la presencia de concentraciones de masa y energía: el espacio-tiempo se curva”.

El doctor en física añadió que, así como el electromagnetismo predice las “ondas electromagnéticas” (como luz y ondas de radio), la relatividad general lo hacen con las “ondas gravitacionales”: perturbaciones en el espacio-tiempo que se propagan a la velocidad de la luz.

Las ondas gravitacionales se crean cuando los objetos se mueven a velocidades muy altas. Las pueden generar la explosión asimétrica de una estrella supernova, dos estrellas grandes que se orbitan una a la otra y dos agujeros negros que orbitan entre sí y se fusionan.

Pero estos tipos de objetos en el universo están muy lejos, y a veces dichos eventos sólo causan ondas pequeñas. Cuando llegan a la Tierra, las ondas gravitacionales son muy débiles.

“Objetos acelerados como dos estrellas en órbita emiten ondas gravitacionales, las cuales se llevan energía del sistema, por lo que la órbita decae lentamente. Pero como la gravedad es muy débil, se requieren masas enormes en órbitas muy cercanas y moviéndose a velocidades muy altas para que el efecto se note”, expuso el investigador universitario.

Agregó que estimaciones de las ondas producidas por eventos violentos (como supernovas y colisiones de estrellas de neutrones) en galaxias cercanas implican que al llegar a la Tierra producirán cambios de una parte en 1021 (1 seguido de 21 ceros). Por ello, las ondas gravitacionales son muy difíciles de medir.

LIGO es un observatorio de detección de ondas gravitacionales. Sus siglas provienen del inglés y significan Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser. A través de éste se hizo la primera observación directa de una onda gravitacional el 14 de septiembre de 2015.

Esta detección constituye una ratificación de la teoría que predice su existencia en fenómenos cósmicos masivos como choques de galaxias, explosión de supernovas, formación de agujeros negros o de estrellas de neutrones.