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Carlos del Porto Blanco

Durante siglos, el Universo fue una película muda. Se observaban sus luces, sus sombras, sus movimientos, pero no se le podía escuchar. Hoy, eso cambió. Se conectaron las bocinas. Y la música comenzó. Las Ondas Gravitacionales nos permiten conocer como suena el más allá. A ellas dedicaré la columna de hoy.

 

Estamos abriendo los oídos al cosmos. Kip Thorne

 

Imagine al cosmos no como un escenario estático, sino como una membrana elástica de espacio-tiempo. Cuando ocurren eventos extremos —como la fusión de agujeros negros o el choque de estrellas de neutrones— esa membrana vibra. Esas vibraciones, llamadas Ondas Gravitacionales, son ondulaciones que viajan a la velocidad de la luz, alterando sutilmente la estructura del universo. Albert Einstein predijo su existencia en 1915 con su Teoría de la Relatividad General.

 

Según él, la gravedad no es una fuerza invisible que actúa a distancia, como pensaba Newton, sino la curvatura del espacio-tiempo causada por la masa y la energía. Piense en el espacio-tiempo como un colchón elástico. Una bola pesada (como el Sol) hunde el colchón, pero la Tierra con menos peso deja una marca menor. Pero incluso Einstein dudaba de que esas ondas pudieran detectarse. Su efecto es tan minúsculo que una Onda Gravitacional estira y comprime la Tierra en un valor mil veces menor que el diámetro de un protón.

 

Pero Einstein fue más allá. Predijo que cuando objetos masivos se aceleran de forma violenta —como dos agujeros negros en espiral—, producen ondulaciones en el espacio-tiempo que se propagan a la velocidad de la luz. De esas ondulaciones estamos hablando hoy. Durante décadas, fueron consideradas una curiosidad matemática, casi imposible de detectar.

 

La relatividad general es una de las teorías de la gravedad que resulta compatible con la relatividad especial en muchos aspectos y, en particular, con el principio de que nada viaja más rápido que la luz en el vacío. Eso significa que los cambios en el campo gravitatorio no pueden ocurrir en todas partes instantáneamente: deben propagarse. En la relatividad general se propagan a exactamente a la misma velocidad que las ondas electromagnéticas por el vacío: a la velocidad de la luz. Esas son las Ondas Gravitatorias.

 

La radiación gravitatoria es una predicción central de la relatividad general y su detección es una prueba clave de la integridad de la estructura teórica de la obra de Einstein. Sin embargo, es probable que en el largo plazo sea aún más importante como instrumento para la observación astronómica. Las observaciones del sistema púlsar binario Hulse-Taylor han proporcionado excelentes evidencias de que las predicciones de la relatividad general sobre la radiación gravitatoria son cuantitativamente correctas. Aun así, la información de la astronomía sobre las posibles fuentes de radiación detectable es incompleta.

 

Cada vez que una nueva banda de ondas electromagnéticas se abría a la observación astronómica con nuevos observatorios en esa longitud de onda, se producía el descubrimiento de fenómenos totalmente inesperados. Parece probable que eso vuelva a ocurrir con el despliegue de los observatorios de Ondas Gravitatorias, en especial porque éstas llevan algunos tipos de información que la radiación electromagnética no puede transmitir.

 

La epopeya de la detección

 

La búsqueda de esta ondas comenzó en los años 60 del siglo XX con el físico estadounidense Joseph Weber, quien construyó enormes cilindros de aluminio —las llamadas “barras resonantes”— con la esperanza de que vibraran al paso de una onda gravitacional. Aunque anunció una detección en 1969, nunca pudo ser confirmada. Eso fue un falso amanecer, pero encendió la chispa. En los años 80, la solución llegó con LIGO (Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser), una obra maestra de la ingeniería concebida por Kip Thorne, Rainer Weiss y Barry Barish. LIGO cuenta con dos instalaciones en Estados Unidos, —uno en Livingston, Luisiana, y la otra en Hanford, Washington, cada una con túneles en forma de “L” de cuatro kilómetros y separadas por 3002 kilómetros.

 

En 1974, dos astrónomos, Russell Hulse y Joseph Taylor, que observaban un par de púlsares orbitando uno alrededor del otro, a 21 mil años luz de la Tierra, detectaron indirectamente Ondas Gravitacionales por primera vez. Utilizando el radiotelescopio gigante de Arecibo en Puerto Rico (inexistente hoy en día), el equipo midió las órbitas de ambos púlsares y determinó que se acercaban. Conociendo que el sistema podría estudiarse para probar la predicción de Einstein, Taylor y dos colegas (Joel Weisberg y Lee Fowler) comenzaron a rastrear las emisiones de radio de las estrellas para medir cómo cambiaba su período orbital con el tiempo.

 

Después de cuatro años, informaron por primera vez haber visto un cambio en el período, lo que verificó que las estrellas se estaban acercando entre sí a la tasa predicha por la relatividad general si estuvieran radiando Ondas Gravitacionales (la tasa predicha por la relatividad general coincidió con la tasa observada con una diferencia muy pequeña). En 1993, Hulse y Taylor recibirían el Premio Nobel de Física » por el descubrimiento de un nuevo tipo de púlsar, un descubrimiento que abrió nuevas posibilidades para el estudio de la gravitación.

 

Antes de su descubrimiento solo se conocían pruebas indirectas de las Ondas Gravitacionales, como el decaimiento del período orbital observado en un púlsar binario. En marzo de 2014 el experimento BICEP2 anunció la detección de modos-B en la polarización del fondo cósmico de microondas, lo que sugería una prueba indirecta de estas ondas primordiales. Los estudios combinados con el telescopio PLANCK revelaron que los resultados de BICEPS2 podían ser explicados por la interferencia del polvo cósmico por lo que fueron descartados a falta de más evidencias.

 

El LIGO es una joya tecnológica: dentro de cada túnel (recuerde que tiene forma de L), un rayo láser se divide y viaja hacia adelante y hacia atrás entre espejos suspendidos en el vacío. En condiciones normales, las ondas de luz de ambos brazos se anulan entre sí (interferencia destructiva) y el detector no ve luz. Pero cuando pasa una onda gravitacional, estira un brazo y encoge el otro, de forma minúscula pero crucial. Ese cambio altera la sincronización de la luz, rompe la cancelación y permite que un destello de luz llegue al fotodetector. Es como medir el cambio en la distancia a la estrella más cercana a la Tierra (Próxima Centauri, a 4.2 años luz) con una precisión menor al grosor de un cabello humano.

 

Durante años, LIGO no detectó nada. Pero el 14 de septiembre de 2015, tras una costosa actualización que lo convirtió en Advanced LIGO, todo cambió. Apenas dos días después de que iniciara su primera ronda de observaciones, llegó la señal: GW150914. A las 5:51 a. m. (hora local en Luisiana), duró solo 0.2 segundos. Era el “chirrido” de dos agujeros negros que chocaron hace 130 millones de años en la constelación de Hidra, de 29 y 36 masas solares, fusionándose a 1300 millones de años luz creando un nuevo agujero de una magnitud equivalente a sesenta y dos veces la masa del Sol. La Tierra había sido estirada y comprimida.

 

Por primera vez, se escuchó el susurro del cosmos. El descubrimiento se anunció el 11 de febrero de 2016, con una rueda de prensa que emocionó al mundo científico. Weiss, Thorne y Barry Barish (quien lideró la construcción de LIGO) recibieron el Premio Nobel de Física en 2017 por ese logro. Antes de 2015, toda la astronomía se basaba en la luz: visible, infrarroja, de rayos X, y otras. Las Ondas Gravitacionales abrieron una nueva ventana al cosmos, una forma de “escuchar” eventos que no emiten luz, como la colisión de agujeros negros.

 

Un hito aún mayor se produjo el 17 de agosto de 2017, cuando LIGO y su contraparte europea Virgo detectaron Ondas Gravitacionales provenientes de la fusión de dos estrellas de neutrones (GW170817). Esa vez, los telescopios del mundo entero apuntaron al mismo punto del cielo y vieron una “kilonova”, el estallido de luz que acompañó la colisión. Fue la primera vez que se observó el mismo evento con Ondas Gravitacionales y radiación electromagnética, confirmando que tales fusiones son la fuente de elementos pesados como el oro, el platino y el uranio. Fue la primera vez que se presenció un evento cósmico con dos sentidos, la vista y el oído. Hasta octubre de 2025 se han detectado más de 90 de estos fenómenos.

 

La amplitud predicha para esas ondas y los efectos observables son muy débiles, de modo que su detección directa es extremadamente difícil. La amplitud, de hecho, es muy inferior al ruido vibracional procedente de otras fuentes. Tan solo los fenómenos más violentos del universo producen Ondas Gravitatorias susceptibles de ser detectadas. Los objetos que deberían emitir ondas de gravedad detectables de manera directa son objetos muy masivos sometidos a fuertes aceleraciones o cuerpos masivos no homogéneos rotando a gran velocidad. Se espera poder encontrar Ondas Gravitatorias producidas en fenómenos cataclísmicos como:

 

  • La explosión de una supernova.
  • La formación de un agujero negro.
  • El choque de cuerpos masivos como estrellas de neutrones o la coalescencia de agujeros negros.
  • La rotación de una estrella de neutrones heterogénea.
  • Radiación gravitatoria remanente del Big Bang. Ese último caso ofrecería datos únicos sobre la formación del Universo en el periodo anterior a la edad oscura de éste en la que el universo era opaco a la radiación electromagnética.
  • (Cualquier objeto con masa y aceleración produce ondas gravitatorias, dependerá de la precisión del equipo para poder cuantificarlas, actualmente solo hemos logrado captarlas con sucesos de una energía muy elevada).

 

En el universo, las Ondas Gravitacionales son generadas por eventos cósmicos muy violentos. Algunos de los principales responsables son, por ejemplo, la colisión de agujeros negros. Cuando dos agujeros negros orbitan entre sí, su movimiento genera ondas gravitacionales que se propagan a través del espacio tiempo.

 

A medida que se acercan y, finalmente, se fusionan, estas ondas se intensifican. Este es uno de los eventos más energéticos del Universo, capaz de liberar más energía en unos segundos que todas las estrellas del cosmos juntas durante el mismo tiempo. Otro caso que crea Ondas Gravitacionales es la fusión de estrellas de neutrones. Las estrellas de neutrones son los restos densos de supernovas, también pueden generar ondas gravitacionales al colisionar. Esos eventos no solo producen estas ondas, sino que también pueden liberar luz, rayos gamma y partículas, dándonos una visión completa del fenómeno.

 

Otro caso en el que pueden generarse Ondas Gravitacionales es cuando se producen supernovas. Cuando una estrella masiva colapsa y explota como una supernova, las asimetrías en la explosión pueden provocar perturbaciones en el espacio tiempo y generar Ondas Gravitacionales. Por último, se cree que, en los primeros instantes del Universo, poco después del Big Bang, se generaron también estas ondas primordiales. Estas, aunque aún no han sido detectadas, podrían contener información clave sobre cómo comenzó todo. Su primera detección.

 

Una nueva era

 

Una científica que participó en el descubrimiento de las Ondas Gravitatorias planteó que ese hecho marcó el comienzo de una nueva era de la astronomía, ahora se posee otra herramienta que permitirá estudiar el Universo y todos los objetos astrofísicos que existen y no es un instrumento para expandir un poco más el espectro electromagnético sino un espectro nuevo. Esa experta señala que con las ondas electromagnéticas se puede recibir información del Universo cuando tenía una edad de 300 000 años mientras que con las Ondas Gravitatorias se pueden ver las que se emitieron cuando el Universo tenía apenas un segundo de edad.

 

Las Ondas Gravitacionales abrieron una ventana inédita al Universo. A diferencia de la luz, que puede ser bloqueada por el polvo o la materia, estas ondas atraviesan casi todo sin distorsión. Permiten explorar los rincones más oscuros del cosmos, como los agujeros negros, que no emiten luz. Es una nueva forma de astronomía: una sinfonía silenciosa que revela secretos que la luz no puede contar. Hoy, una red global de detectores —LIGO en Estados Unidos; Virgo, entre Francia e Italia; GEO 600, entre Alemania y Reino Unido; y KAGRA y TAMA 300 en Japón— trabajan en conjunto. El futuro promete aún más: el proyecto LISA (Laser Interferometer Space Antenna) podría estar operativo alrededor del año 2030. Es una antena espacial formada por tres naves que orbitarán el Sol, y podrán detectar ondas de baja frecuencia, incluso aquellas generadas por agujeros negros supermasivos, remontándose casi al Big Bang. Otro observatorio espacial de ondas gravitatorias propuesto es DECIGO, que podría ser lanzado en Japón en 2027.

 

La detección de las Ondas Gravitacionales no es solo un logro técnico. Es la confirmación de la visión de Einstein, la apertura de un nuevo sentido para explorar el universo y un recordatorio de la capacidad del ser humano para escuchar los susurros más tenues del cosmos. Se ha pasado de mirar al Universo a escucharlo. Y apenas se está afinando el oído.

 

Referencias