Brasileños integran el consorcio que observó ondas gravitacionales y agujeros negros

Estos descubrimientos abren nuevas perspectivas para el estudio del Universo. El proyecto de colaboración internacional contó con el apoyo de la FAPESP

Por Elton Alisson  |  Agência FAPESP – Luego de una serie de rumores que circularon durante los últimos meses, un consorcio científico internacional integrado por investigadores de Brasil confirmó el pasado 11 de febrero que había realizado la primera detección directa de ondas gravitacionales –las oscilaciones del espacio-tiempo previstas por Albert Einstein (1879-1955) hace un siglo– generadas por la colisión y la fusión de dos agujeros negros.

Dicho anuncio estuvo a cargo de científicos que integran el proyecto Ligo (las siglas en inglés de Láser Interferometer Gravitacional-wave Observatory) durante una conferencia de prensa organizada por la National Science Foundation (NSF) en Washington, Estados Unidos, y salió publicado en un artículo de la revista Physical Review Letters.

Esta colaboración científica reúne a más de mil científicos de más de 90 universidades e instituciones de investigación de 15 países además de Estados Unidos.

Entre los participantes en el proyecto se encuentran Odylio Denys de Aguiar, Marcio Constâncio Júnior, César Augusto Costa, Allan Douglas dos Santos Silva, Elvis Camilo Ferreira y Marcos André Okada, todos del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, por sus siglas en portugués), y Riccardo Sturani, investigador del Instituto de Física Teórica de la Universidade Estadual Paulista (IFT-Unesp), en Brasil.

Los investigadores brasileños participan en la colaboración científica Ligo en el marco de proyectos que cuentan con el apoyo de la FAPESP.

“Señoras y señores, hemos detectado ondas gravitacionales. Lo logramos”, anunció David Reitze, director ejecutivo del proyecto Ligo, durante el evento.

Mediante el empleo de los detectores gemelos del proyecto Ligo, situados uno en Livingston, estado de Luisiana, y el otro en Hanford, en Washington, ambos en Estados Unidos –emplazados a tres mil kilómetros de distancia uno del otro–, los científicos afirmaron haber observado por primera vez ondas gravitacionales emitidas por un cataclismo denominado GW 150914, en una galaxia situada a más de mil millones de años luz de la Tierra.

Los detectores del Ligo captaron las ondas gravitacionales el 14 de septiembre de 2015 a las 6:51, horario de Brasilia.

Los investigadores afirmaron que las ondas gravitacionales se produjeron durante los momentos finales de la fusión de dos agujeros negros que giraron uno alrededor del otro como dos trompos, irradiando energía de esta forma.

Esas ondas gravitacionales tienen un sonido característico al que se le da el nombre de señal sonora, que puede utilizarse para medir las masas de ambos objetos.

Luego de girar uno alrededor del otro, ambos agujeros negros se fundieron en uno y más masivo agujero negro en rotación.

Los científicos estiman que la energía pico liberada bajo la forma de ondas gravitacionales durante los momentos finales de la fusión de los agujeros negros fue diez veces mayor que la luminosidad combinada (la tasa de liberación de energía en forma de luz) de todas las galaxias existentes en el Universo observable.

“Fue la primera vez que se observa esto”, afirmó Reitze. “Los agujeros negros tienen sólo 150 kilómetros de diámetro, pero 30 veces la masa del Sol. Cuando se funden, se produce una gran explosión de ondas gravitacionales”, explicó.

El sistema de detección

La existencia de las ondas gravitacionales, causadas por algunos de los fenómenos más violentos del Cosmos, tales como colisiones y fusiones de estrellas masivas compactas, fue prevista por Einstein en 1915, en su Teoría General de la Relatividad.

El científico postuló que los objetos masivos acelerados distorsionaban el espacio-tiempo, produciendo alteraciones en el campo gravitacional –las ondas gravitacionales– que se desplazan hacia fuera de la masa y viajan a la velocidad de la luz a través del Universo, transportando información sobre sus orígenes, aparte de suministrar pistas valiosas sobre la naturaleza de la propia gravedad.

Con todo, esas ondas gravitacionales tienen una amplitud un millón de veces menor que el diámetro de un protón. Llegan a la Tierra con una amplitud muy pequeña.

Con el fin de intentar detectar y localizar fuentes de ondas gravitacionales, los científicos utilizaron una técnica conocida como interferometría de láser, en la cual se utilizan detectores alejados entre sí para medir las diferencias de las observaciones.

De esta manera, con los detectores del Ligo –desarrollados y operados por el Masachusetts Institute of Technology (MIT) y el California Institute of Technology (Caltech), ambos de Estados Unidos–, lograron observar las ondas gravitacionales producidas por la colisión y la fusión de dos agujeros negros a alrededor de 1.300 millones de años luz de la Tierra, que fueron convertidas en fragmentos sonoros.

“Esa primera observación de las ondas gravitacionales abre una nueva ventana de observación del Universo y marca el comienzo de una nueva era en la investigación en Astronomía y Astrofísica”, sostuvo César Augusto Costa, investigador del Inpe.

El grupo de científicos del Inpe, encabezado por Aguiar, trabaja en el perfeccionamiento de la instrumentación de aislamiento vibracional del Ligo, que operará con aparatos refrigerados, y en la caracterización de los detectores, en busca de determinar fuentes de ruido.

En tanto, el grupo del IFT-Unesp, dirigido por Sturani, trabaja en el modelado y el análisis de los datos de señales de sistemas estelares binarios coalescentes.

Este modelado es particularmente importante, pues las ondas gravitacionales tienen una interacción muy débil con toda la materia, lo cual hace necesarias –aparte de los detectores de alto desempeño– técnicas de análisis eficaces y un modelado teórico preciso de las señales, explicó Sturani.

“Esta primera observación de las ondas gravitacionales en el Ligo es producto de una toma de datos que se concretó entre agosto y septiembre del año pasado. La última toma de datos culminó ahora en enero y el análisis completo saldrá publicado en abril”, dijo.

Además del artículo que salió en la revista Physical Review Letters, los científicos publicarán en los próximos meses otros doce resultados de la colaboración.

Puede leerse el artículo intitulado Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger (doi: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.061102), de LIGO Scientific Collaboration y Virgo Collaboration, en el siguiente enlace: http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.116.061102.

Simulaciones numéricas de las ondas gravitacionales emitidas por la fusión de dos agujeros negros. Los contornos en colores alrededor de cada agujero negro representan la amplitud de la radiación gravitacional, las líneas azules representan las órbitas de los agujeros negros, y las flechas verdes, sus rotaciones (imagen: NASA Ames Research Center/ PRL)

Vista aérea del detector LIGO en Hanford, Washington (foto: NSF)