JUAN MANUEL RIVERA JUÁREZ Y ELVA CABRERA MURUATO*
JUAN MANUEL RIVERA JUÁREZ Y ELVA CABRERA MURUATO*

Como lo señalamos el pasado jueves, una onda gravitacional es el resultado de una perturbación en la gravedad que se mueve a la velocidad de la luz, entonces hay que perturbar la gravedad y una manera muy fácil de hacerlo es poniendo masas a oscilar.

Si se ponen dos objetos a oscilar como bolas de boliche, la perturbación que producen en la gravedad es tan pequeña que resulta imposible medirla, lo que se necesita es poner a oscilar objetos muy, pero muy, grandes: necesitamos poner a oscilar, por ejemplo, estrellas. Es imposible poner a oscilar estrellas en el laboratorio, entonces lo que se hace es esperar a que ellas lo hagan solas.

Afortunadamente, este proceso ocurre en la Naturaleza: existen estrellas binarias, donde una está dando vueltas alrededor de la otra, perturbando la gravedad, lo que produce una onda gravitacional que se mueve hacia fuera a la velocidad de la luz.

Las ondas gravitacionales transportan energía, pero la energía se conserva, por consiguiente, el sistema (las estrellas binarias, una girando alrededor de la otra) pierde energía y las estrellas se irán acercando cada vez más, hasta que eventualmente choquen, lo que ocurrirá en muchos miles de millones de años.

Al ser la gravedad muy débil, si se ponen a girar estrellas (como el sol) en órbitas muy amplias, una alrededor de la otra, las ondas gravitacionales que se producirían serían prácticamente insignificantes y no se podrían detectar. Para poder detectarlas se necesitan sistemas muy violentos, se necesita poner estrellas muy compactas a girar una sobre la otra, por ejemplo, estrellas de neutrones que estén muy, pero muy, cerca la una de la otra; además, se necesita que giren varias veces por segundo, a 1, 2 ó 5 por ciento de la velocidad de la luz, en órbitas muy próximas y cerradas. En estas condiciones cabría la posibilidad de detectar las ondas gravitacionales.

Desde la década de los 70 del siglo pasado se consideraba ésta como una posibilidad real para detectarlas, y fue hasta 1974 que se descubrió por primera vez un sistema de dos estrellas “pulsar binario”, en donde una estrella estaba en órbita alrededor de la otra. Cuando se encontraron, parecía el laboratorio ideal para estudiar ondas gravitacionales. No ver las ondas, porque en esa época aún no se podían detectar, sino más bien ver indirectamente el efecto de las ondas gravitacionales en el sistema.

Como se sabe, las ondas gravitacionales transportan energía, esa energía, por conservación, tiene que venir de algún lado, por consiguiente, las estrellas se acercan cada vez más, el sistema sigue perdiendo energía y se acercan aún más y mientras más se acercan giran más rápidamente, siguen perdiendo energía hasta que eventualmente chocan. La pérdida de energía en el sistema es tan lenta que tardarían cientos de miles de años en chocar; ante esta eventualidad, lo que se hace es estudiar con mucho detalle la dinámica de la órbita.

Auxiliándose con telescopios, se ha podido medir con muchísima precisión la velocidad orbital, es decir, qué tan rápido giran una alrededor de la otra, lo que cambia con el tiempo (se están acercando y girando cada vez más rápido). Los datos obtenidos se han graficado y la envolvente (la línea que se traza tocando los puntos) resulta ser la predicción que establece la Teoría General de la Relatividad de Einstein, es decir, lo que debe ocurrir si el sistema pierde energía por emisión de ondas gravitacionales.

Si suponemos que el sistema pierde energía exactamente como dice la Teoría General de la Relatividad, se debería tener un comportamiento como el que se muestra en el gráfico. Cuando un físico ve un gráfico como el obtenido con los resultados de las observaciones astronómicas, no se la cree, pues en física es rarísimo que una predicción teórica y una observación experimental coincidan tan impresionantemente bien. Esto convenció a los físicos de que la explicación era correcta, el sistema estaba perdiendo energía por emisión de ondas gravitacionales, no se veían las ondas, se observaba su efecto indirecto: la pérdida de energía.

El convencimiento de la comunidad científica fue tal que el estudio del “pulsar binario” fue el motivo del Premio Nobel de 1993 para R. Hulse y J. Taylor. Ese año quedará registrado en los anales de la historia como en el que por primera vez se entregó un Nobel a algo que tenía que ver con la relatividad general, a pesar de que esta teoría se publicó en 1916. A Einstein nunca le dieron el Premio Nobel por la relatividad. El comité estaba convencido que había que darle un premio a Einstein pero no estaban convencidos de que la relatividad general funcionara (se comentaba abiertamente que no la entendían), pero había que darle un premio y se lo dieron por el efecto fotoeléctrico, que es más bien mecánica cuántica.

Ésta era la situación en 1974 en cuanto a la detección indirecta de ondas gravitacionales: se estaba midiendo el efecto de pérdida de energía, no se estaban detectando las ondas. Los físicos se preguntaban: ¿qué debemos hacer para poder detectarlas directamente?

 

jmrivera@fisica.uaz.edu.mx

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