Colisiones cósmicas

La existencia de las ondas gravitacionales (OG) son ondulaciones del espacio-tiempo que se propagan a la velocidad de la luz deformando todo lo que encuentran en su camino. Fueron predichas por Albert Einstein al momento de publicar su Teoría de la Relatividad General (TRG).

Pero vayamos por partes. ¿De qué manera podemos comprender esa deformación del espacio-tiempo? Para darnos una idea del universo propuesto por Einstein, imaginemos que el espacio (espacio-tiempo para ser precisos) es una especie de mantel cuadriculado, algo así como una malla o red. Tomemos una esferita y hagamos que se desplace de un lugar a otro sobre el mantel bien extendido. Seguramente ese desplazamiento lo hará de manera rectilínea. Coloquemos ahora un segundo objeto algo más grande (una naranja, por ejemplo). Es claro que la fruta deformará el mantel en determinada zona, exactamente a su alrededor. Si repetimos el experimento anterior, ahora observaremos que el camino de la esferita no es recto sino curvo. Es más, si pasamos demasiado cerca de la naranja, la esferita directamente no llegará al otro extremo del mantel sino que caerá hacia la fruta misma. En nuestro modelo “mantel-naranja-esferita”, el primero sería el espacio-tiempo, la fruta podría ser el Sol, y la esferita un planeta.

Estamos entonces en condiciones de hacernos una idea acerca de cómo Einstein nos explicó hace poco más de 100 años la manera en que los planetas giran alrededor de una estrella amarilla. Son los planetas los que a partir de la deformación espacio-temporal que produce el Sol, realizan trayectorias curvas (elipses) alrededor de la estrella. Siglos de mecánica newtoniana que tan buenos resultados ofrecieron (y ofrecen) a la comprensión del mundo a partir, por ejemplo, de una fuerza de gravedad, fueron desplazados por una deformación espacio-temporal en el modelo físico-matemático de Einstein.

Tanto la naranja como el Sol deforman al mantel y al espacio-tiempo respectivamente. Es aquí en donde entra a jugar un papel protagónico la masa de un cuerpo. Cuanto mayor sea esta, mayor será la deformación que produzca. En otras palabras, una estrella mucho más masiva que el Sol, producirá una deformación mucho más intensa que la que este genera. Si pudiésemos contar con un objeto cuya masa sea literalmente extraordinaria, entonces la deformación del espacio-tiempo será colosal. Objetos de este calibre son las estrellas de neutrones; estrellas que han evolucionado hasta el final de sus días y que luego de explotar (fenómeno conocido como supernova), la materia remanente se compone básicamente de neutrones (dejan de existir los átomos como tales). Una de las grandes predicciones de la TRG de Einstein es que objetos masivos como agujeros negros o estrellas de neutrones aceleradas producirán ciertas vibraciones (ondas), las cuales se propagarán por el universo. Hagamos aquí otra analogía. Imaginemos que el espacio ya no es nuestro mantel sino la superficie de un lago. Y que una estrella de neutrones es tan solo una simple piedra en nuestras manos. Si la arrojamos al lago, veremos inmediatamente la formación de ondas las cuales se propagan sobre el espejo de agua. Pues bien, si en lugar de la piedra tengo una estrella de neutrones con cierta aceleración, la TRG predice la formación de ondas a lo largo del espacio-tiempo. Ondas producidas como consecuencia de la aceleración de esta estrella y su gravedad. Ya no ondas de agua en el lago sino ondas gravitacionales a través del espacio.

Para tener una idea de la debilidad con la que llegan a la Tierra esas ondas y por lo tanto la complejidad que implica poder detectarlas, podemos hacer la siguiente comparación. Supongamos tener una varilla de un trillón de kilómetros. ¿Qué es o eso? Una varilla cuya longitud sea 1.000.000.000.000.000.000 de km (tengamos en cuenta que la distancia Tierra-Sol es de 150.000.000 km). Tener la capacidad de detectar ondas gravitacionales sería semejante a poder medir esta varilla con un error menor a los 5 milímetros. ¿Impresionante, verdad? Aquí es donde la maravilla de la ciencia y la tecnología producen increíbles resultados. ¿Cómo podríamos contar con una especie de regla que nos permita medir esa varilla tan larga y de forma tan precisa? Hay una muy especial: la luz. Si las ondas gravitacionales existiesen, al momento de llegar a Tierra, por más débiles que fuesen deformarían el espacio-tiempo existente. En otras palabras, deformarían todo lo que encuentren a su paso. Por ejemplo, si tuviese un gran tubo de unos 4 kilómetros de longitud, ese tubo se alargaría o encogería al ser afectado por el paso de la onda gravitacional. Es más, puedo asegurarte que vos y yo nos deformamos por las ondas gravitaciones. Por supuesto, el efecto es tan ínfimo que no podemos sentirlo físicamente. ¡Pero ocurre!. Parece de ciencia ficción aunque, por supuesto, no lo es. Y es aquí en donde cobra una magnitud mayúscula los resultados obtenidos con el experimento LIGO, un proyecto de grandes tubos de longitud en donde existen espejos, láseres y detectores, los cuales permitieron observar ondas gravitacionales. Básicamente consta de dos largos cilindros perpendiculares entre sí. Dentro de ellos se emiten láseres y en función de cómo se comportan esos rayos de luz es que puede detectarse y medirse la manera en que se deforman ambos tubos.

El primer descubrimiento de ondas gravitacionales ocurrió en 2016, motivo que originó en 2017 -hace muy pocos días- el Nobel de Física para sus autores. En el caso de este descubrimiento, lo sucedido cobra mucho valor ya que el suceso pudo ser estudiado con distintos instrumentos. Así como una fotografía, una placa de rayos X, o una imagen infrarroja, ofrecen distintas “visiones” y “versiones” de un mismo objeto, si al universo podemos estudiarlo con distintos tipos de energía, entonces podremos lograr una mejor comprensión tanto de los objetos como de los sucesos que estos provocan. En este caso en particular, el hecho fue originado como consecuencia de la fusión de dos estrellas de neutrones. La primera señal fue detectada por tres observatorios de OG: dos en Estados Unidos (LIGO) y uno en Italia (Virgo). Esto se produjo el 17 de agosto pasado a las 09l41l04 de Argentina. Debido a la fecha del suceso, el fenómeno se catalogó como GW170817. Dos segundos después, el telescopio espacial Fermi detectó una fuerte emisión de rayos gamma. En función de lo detectado por los tres observatorios de OG (el norteamericano y el italiano), fue posible determinar de manera aproximada la región en el cielo desde donde provenían las señales. Fue entonces que más de 70 observatorios comenzaron a escudriñar dicha zona. A las 10h 52 min de la primera detección, una nueva fuente de luz visible fue detectada en la galaxia NGC4993 en la constelación de Hydra, ubicada a unos 130 millones de años luz de la Tierra. Esa primera observación en el óptico la realizó un telescopio estadounidense ubicado en el observatorio de Las Campanas, en Chile. Pero el segundo centro de investigación que lo observó fue la Estación Astronómica de Bosque Alegre, perteneciente al Observatorio Astronómico de Córdoba, Argentina. A las 11h 36min, se detectaron emisiones infrarrojas, para luego proseguir con radiaciones ultravioletas, rayos X y emisiones en radio.

Este descubrimiento publicado ayer en Physical Review Letters, una de las revistas especializadas en física más importantes del mundo, representa un extraordinario avance en nuestra comprensión del universo. Una de las comprobaciones que pudieron obtenerse es que efectivamente, las OG viajan por el espacio-tiempo a la velocidad de la luz. Así mismo, pudieron detectarse elementos pesados (como pueden ser el oro, plomo, hierro o platino) los cuales se producen ante colosales presiones y que son expulsados como consecuencia de estas fusiones. Esos elementos literalmente se desparraman por todo el universo y hacen posible, con los miles de millones de años, la vida en un planeta llamado Tierra. Cada uno de los átomos que conforman nuestro cuerpo, perteneció en algún momento a una estrella. Como expresaba el inolvidable Carl Sagan, “somos, literalmente, hijos de las estrellas”.
Estos descubrimientos no hacen más que permitirnos avanzar en nuestra comprensión por el universo, y en tal sentido, ir en busca de la respuesta por nuestro propio origen y existencia.

(*) Director de Gestión Planetario Ciudad de La Plata

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