Introducción a LIGO y a las ondas gravitacionales

"Ondas en el espacio-tiempo"


Impresión artística de las ondas gravitacionales de dos agujeros negros en órbita. [Imagen: K. Thorne (Caltech) y T. Carnahan (NASA GSFC)]
Ondas en el espacio-tiempo
Los físicos a veces llaman a estas ondas gravitacionales “murmullos en el espacio-tiempo”. El espacio-tiempo incluye el tiempo además de las tres dimensiones espaciales a las que estamos acostumbrados. La relatividad describe con mucha precisión la gravedad en este universo cuadridimensional. Dado que es muy difícil visualizar cuatro dimensiones, podemos imaginarnos una superficie flexible, tal como una cama elástica, como modelo simplificado del espacio-tiempo en tres dimensiones. Einstein afirmó que la gravedad es el resultado de la curvatura del espacio-tiempo (la superficie elástica en nuestra imagen mental). Si no hay masa en esta superficie que pueda deformarla, entonces el espacio-tiempo es plano y una esfera que ruede por la superficie se moverá en línea recta. Pero si hay una gran masa que provoca un hundimiento en la cama elástica, la esfera rodante se desviará hacia la masa debido a la curvatura de la superficie, exactamente como si hubiera una atracción gravitatoria entre las dos masas. Cualquier cambio en la posición de las masas provocará ondas en la superficie que representan el campo gravitatorio variante - esto es, las ondas gravitacionales.

Las ondas gravitacionales son producidas por masas en movimiento, de igual modo que las ondas electromagnéticas se crean por cargas en movimiento. Pero debido a que la gravedad es la más débil de las cuatro interacciones fundamentales (las otras son la electromagnética y las fuerzas débil y fuerte), las ondas gravitacionales son sumamente pequeñas. Expresado en términos físicos, una onda gravitacional intensa produciría desplazamientos del orden de 10-18 metros - una cantidad 1000 veces más pequeña que el diámetro del protón. Ondas de tal intensidad se producen como resultado de sistemas muy masivos que experimentan grandes aceleraciones, como por ejemplo dos agujeros negros en órbita pocos instantes antes de fusionarse en uno solo. Como esta clase de sistemas son poco frecuentes, este tipo de fuentes se encuentran a distancias de años luz. Por tanto, la búsqueda de ondas gravitacionales implica intentar hallar los minúsculos efectos de algunos de los sistemas astrofísicos más energéticos en las profundidades del universo.

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