Ahora vivimos en un universo lleno de ondas gravitacionales.
Antes de la declaración histórica del jueves por la mañana de la reunión de la National Science Foundation (NSF) en Washington, solo hubo rumores de que el Observatorio de Ondas Gravitacionales Interferométricas Láser (LIGO) abrió un componente clave de la Teoría General de la Relatividad de Albert Einstein, pero ahora sabemos que la realidad es más profunda de lo que pensábamos.
Con una claridad sorprendente, LIGO pudo "escuchar" el momento anterior a la fusión del sistema binario agujeros negros (dos agujeros negros que giran uno alrededor del otro) en un solo todo, creando una señal de onda de gravedad tan clara de acuerdo con un modelo teórico que discusión requerida LIGO fue testigo del "renacimiento" de un poderoso agujero negro que ocurrió hace unos 1.300 millones de años.
Las ondas gravitacionales siempre han sido y siempre serán, pasando por nuestro planeta (de hecho, pasando por nosotros), pero solo ahora sabemos cómo encontrarlas. Ahora hemos abierto nuestros ojos a varias señales cósmicas, vibraciones causadas por eventos de energía conocidos, y estamos presenciando el nacimiento de un campo de astronomía completamente nuevo.
El sonido de dos agujeros negros fusionándose:
"Ahora podemos escuchar el Universo", dijo Gabriela González, física y representante de LIGO, durante la reunión triunfal del jueves. "El descubrimiento marcó el comienzo de una nueva era: el campo de la astronomía gravitacional ya es una realidad".
Nuestro lugar en el Universo está cambiando mucho y este descubrimiento puede ser fundamental, como el descubrimiento de las ondas de radio y la comprensión de que el Universo se está expandiendo.
La teoría de la relatividad se vuelve más razonable
Los intentos de explicar qué son las ondas gravitacionales y por qué son tan importantes, tan complejas como las ecuaciones que las describen, pero su descubrimiento no solo fortalece la teoría de Einstein sobre la naturaleza del espacio-tiempo, ahora tenemos una herramienta para detectar una parte del Universo que era invisible para nosotros Ahora podemos estudiar las ondas cósmicas creadas por los eventos más energéticos que ocurren en el Universo y, posiblemente, usar ondas gravitacionales para nuevos descubrimientos físicos y explorar nuevos fenómenos astronómicos.
"Ahora tenemos que demostrar que tenemos la tecnología para ir más allá del descubrimiento de las ondas gravitacionales, porque abre muchas oportunidades", dijo Lewis Lehner, del Instituto de Física Teórica de Ontario, en una entrevista después de la declaración del jueves.
La investigación de Lener se centra en objetos densos (como los agujeros negros) que crean poderosas ondas gravitacionales. Aunque no está asociado con la cooperación de LIGO, Lehner se dio cuenta rápidamente de la importancia de este descubrimiento histórico. "No hay mejores señales", dijo.
El descubrimiento se basa en tres formas, razona. Primero, ahora sabemos que las ondas gravitacionales existen, y sabemos cómo detectarlas. En segundo lugar, la señal detectada por las estaciones de LIGO el 14 de septiembre de 2015 es una clara indicación de la existencia de un sistema binario de agujeros negros, y cada agujero negro pesa varias decenas de masas solares. La señal es exactamente lo que esperábamos ver como resultado de la fusión dura de dos agujeros negros, uno pesa 29 veces el Sol y el otro 36 veces. En tercer lugar, y quizás el más importante, "la posibilidad de enviar a un agujero negro" es definitivamente la prueba más sólida de la existencia de agujeros negros.
intuición cósmica
Este evento estuvo acompañado de suerte, como muchos otros descubrimientos científicos. LIGO es el proyecto más grande financiado por la National Science Foundation, que se lanzó inicialmente en 2002. Resultó que después de muchos años de búsqueda de la señal esquiva de las ondas gravitacionales, LIGO no es lo suficientemente sensible y en 2010 los observatorios se congelaron, mientras que la cooperación internacional trabaja para aumentar su sensibilidad. Cinco años después, en septiembre de 2015, nació el "LIGO mejorado".
En ese momento, Kip Thorn, cofundador de LIGO y peso pesado en física teórica, confiaba en el éxito de LIGO, y dijo a la BBC: "Estamos aquí. Golpeamos la cancha gran juego. Y está bastante claro que vamos a levantar el velo del secreto ”. Y tenía razón, unos días después de la reconstrucción, una oleada de ondas gravitacionales rodó por nuestro planeta y LIGO era lo suficientemente sensible como para detectarlas.
Estas fusiones de agujeros negros no se consideran nada especial; Según estimaciones aproximadas, tales eventos ocurren cada 15 minutos en algún lugar del Universo. Pero fue precisamente esta fusión la que se produjo en el lugar correcto (a una distancia de 1.3 billones de años luz) en el momento adecuado (hace 1.3 billones de años) para ser capturada por los observatorios LIGO. Era una señal pura del universo, y Einstein lo predijo, y sus ondas gravitacionales resultaron ser reales, describiendo un evento cósmico, 50 veces más poderoso que el poder de todas las estrellas en el universo combinadas. Esta gran explosión de ondas gravitacionales fue registrada por LIGO como una señal de alta frecuencia con una modulación de frecuencia lineal, mientras que los agujeros negros, moviéndose en una espiral, se fusionaron en uno. Para confirmar la propagación de las ondas gravitacionales, LIGO consta de dos estaciones de observación, una en Louisiana y la otra en Washington. Para eliminar los falsos positivos, la señal de onda gravitacional debe detectarse en ambas estaciones. El 14 de septiembre, el resultado se obtuvo primero en Louisiana y después de 7 milisegundos en Washington. Las señales coincidieron, y con la ayuda de la triangulación, los físicos pudieron descubrir que se originaron en el espacio celestial del hemisferio sur.
Ondas gravitacionales: ¿cómo pueden ser útiles?
Entonces, tenemos confirmación de la señal de fusión del agujero negro, ¿y qué? Este es un descubrimiento histórico, que es bastante comprensible: hace 100 años, Einstein ni siquiera podía soñar con encontrar estas olas, pero aún así sucedió.
La teoría general de la relatividad fue una de las percepciones científicas y filosóficas más profundas del siglo XX y constituye la base de la investigación más inteligente de la realidad. En astronomía, las aplicaciones de la relatividad general son claras: desde una lente gravitatoria hasta la medición de la expansión del Universo. Pero la aplicación práctica de las teorías de Einstein no está del todo clara, pero la mayoría de las tecnologías modernas utilizan lecciones de la teoría de la relatividad en algunas cosas que se consideran simples. Por ejemplo, tome satélites de navegación global, no serán lo suficientemente precisos si no aplica un ajuste de dilatación de tiempo simple (predicho por la teoría de la relatividad).
Está claro que la relatividad general tiene aplicaciones en el mundo real, pero cuando Einstein introdujo su teoría en 1916, su aplicación era altamente cuestionable, lo que parecía obvio. Simplemente conectó el Universo, tal como lo veía, y así nació la teoría general de la relatividad. Y ahora se ha probado otro componente de la teoría de la relatividad, pero ¿cómo pueden usarse las ondas gravitacionales? Los astrofísicos y los cosmólogos están definitivamente intrigados. "Después de recopilar datos de pares de agujeros negros que jugarán el papel de los faros dispersos por todo el universo", dijo el físico teórico Neil Turok, director del Instituto de Física Teórica el jueves durante una presentación de video. "Podemos medir la velocidad "La expansión del universo, o la cantidad de energía oscura con extrema precisión, es mucho más precisa de lo que podemos hacer hoy".
“Einstein desarrolló su teoría con algunas pistas de la naturaleza, pero basándose en una secuencia lógica. Después de 100 años, ves evidencia muy precisa de sus predicciones ".
Además, el evento del 14 de septiembre tiene algunas características de la física que aún deben ser investigadas. Por ejemplo, Lehner observó que a partir del análisis de una señal de onda gravitacional, uno puede medir la "rotación" o el momento angular de un agujero negro. "Si ha estado trabajando en la teoría durante mucho tiempo, debe saber que el agujero negro tiene una rotación muy, muy especial", dijo.
La formación de ondas gravitacionales con la fusión de dos agujeros negros:
Por alguna razón, la rotación final del agujero negro es más lenta de lo esperado, lo que indica que los agujeros negros colisionan a baja velocidad, o se encontraron en una colisión que causó un momento angular de la articulación opuesta entre sí. "Es muy interesante, ¿por qué lo hizo la naturaleza?" Dijo Lehner.
Este misterio reciente puede volver a algunos fundamentos de la física, que no fueron tomados en cuenta, pero, lo que es más intrigante, pueden revelar una física "nueva", inusual, que no encaja en la teoría general de la relatividad. Y esto revela otras aplicaciones de las ondas gravitacionales: ya que están creadas por fuertes fenómenos gravitacionales, tenemos la oportunidad de explorar este medio desde lejos, con posibles sorpresas en camino. Además, podríamos combinar observaciones de fenómenos astrofísicos con fuerzas electromagnéticas para comprender mejor la estructura del Universo.
Aplicación?
Naturalmente, después de los grandes anuncios hechos de un complejo de descubrimientos científicos, muchas personas fuera de la comunidad científica están interesadas en cómo pueden afectarlas. La profundidad del descubrimiento puede perderse, lo que, por supuesto, se aplica a las ondas gravitacionales. Pero considere otro caso en el que Wilhelm Roentgen descubrió los rayos X en 1895, durante los experimentos con tubos de rayos catódicos, pocas personas saben que solo unos años más tarde, estas ondas electromagnéticas se convertirán en un componente clave en la medicina diaria, desde el diagnóstico hasta el tratamiento. De manera similar, la primera creación experimental de ondas de radio en 1887, Heinrich Hertz confirmó las conocidas ecuaciones electromagnéticas de James Clerk Maxwell. Sólo a través del tiempo en los años 90 del siglo XX, Guglielmo Marconi, quien creó un transmisor de radio y un receptor de radio, demostró su aplicación práctica. Además, las ecuaciones de Schrödinger que describen el complejo mundo de la dinámica cuántica ahora se utilizan en el desarrollo de la computación cuántica ultrarrápida.
El ingeniero LIGO evalúa la contaminación por interferómetro
Todos los descubrimientos científicos son útiles, y muchos, en última instancia, tienen un uso diario, que damos por sentado. En la actualidad, la aplicación práctica de las ondas gravitacionales se limita a la astrofísica y la cosmología; ahora tenemos una ventana en el "Universo oscuro", que no es visible a la radiación electromagnética. Sin duda, los científicos e ingenieros encontrarán otro uso para estas pulsaciones cósmicas, además de sentir el Universo. Sin embargo, para detectar estas ondas, debe haber un buen progreso en la tecnología óptica en LIGO, en la que las nuevas tecnologías aparecerán con el tiempo. Por supuesto, la detección de ondas gravitacionales, el triunfo de la humanidad, que ayudará a explorar nuestro Universo para las generaciones futuras. Esta es definitivamente una edad de oro para la ciencia, en la que los descubrimientos históricos se han convertido en algo común. Y tenemos el potencial intelectual para crear un modelo del Universo y probar experimentalmente nuestro caso.
Pero para mí, lo más emocionante es ver los primeros mapas gravitacionales del espacio, donde se trazan el zumbido periódico de las estrellas de neutrones y las erupciones impulsivas de supernovas, abriendo un nuevo Universo lleno de ondas cósmicas.
