Ya te comentamos en una noticia anterior respecto de los estudios para lograr captar las ondas gravitatorias provenientes del espacio, esto se realizará mediante un Observatorio de características muy especiales. Se denomina LIGO.

¿Qué es LIGO?
¿Qué son las ondas gravitatorias?
¿Cuáles son las metas científicas de LIGO?
¿Cuál es la apariencia de un observatorio de ondas gravitatorias?
¿Cómo detectarán los detectores las ondas gravitatorias?
¿Porqué son necesarias dos instalaciones?
¿Cuáles son las perspectivas de una colaboración internacional?


¿Qué es LIGO?
El Observatorio de Ondas Gravitatorias con Interferómetro Láser (LIGO) es una instalación dedicada a la detección de ondas gravitatorias cósmicas y a la captura de estas ondas para investigación científica. Consiste de dos instalaciones muy distantes y ampliamente separadas entre sí dentro de los Estados Unidos, operadas al unísono como un solo observatorio. Cuando alcance su madurez, este observatorio será abierto para su uso por parte de la comunidad nacional y se convertirá en parte de una red mundial de observatorios de ondas gravitatorias. LIGO está siendo diseñado y construido por un grupo de científicos del California Institute of Technology y del Massachusetts Institute of Technology. LIGO está auspiciado con fondos de la National Science Foundation (NSF). La construcción de las instalaciones se completó en 1999. La operación inicial de los detectores estaba programada para el 2001 y el llevar a cabo las primeras pruebas se programó para el 2003.


¿Qué son las ondas gravitatorias?

Imagen:Dibujo artístico de Ondas Gravitatorias

Las ondas gravitatorias son los flecos en la tela del espacio y tiempo producidos por eventos violentos en el universo distante, por ejemplo, la colisión de dos agujeros negros o por los núcleos de explosiones de súper novas. Las ondas gravitatorias son emitidas por masas en aceleración al igual de como son producidas las ondas electromagnéticas por cargas aceleradas.

Estos rizos en la tela del espacio tiempo viajan a la Tierra, trayendo consigo información acerca de sus orígenes violentos y acerca de la naturaleza de la gravedad.

Albert Einstein predijo la existencia de estas ondas gravitatorias en 1916 en su teoría general de la relatividad, pero solo desde los 1990’s se ha vuelto la tecnología lo suficientemente poderosa para permitir detectarlas y capturarlas para la ciencia.

Aunque aún no han sido detectadas directamente, la influencia de las ondas gravitatorias sobre una púlsar binaria (dos estrellas de neutrones orbitándose una a la otra) ha sido medida con mucha exactitud y está en acuerdo con las predicciones. De ahí que los científicos tengan mucha confianza en que las ondas gravitatorias existen. Joseph Taylor y Russel Hulse fueron premiados con el Premio Nóbel de Física en 1993 por su descubrimiento de esta púlsar binaria.

¿Cuáles son las metas científicas de LIGO?

LIGO se utilizará para investigar dentro de la naturaleza de la gravedad y abrirá una nueva ventana al universo. Será por lo tanto una herramienta científica tanto para los físicos como para la astronomía.

Posibles recompensas para los físicos:

La relatividad general describe a la gravedad como una manifestación de la curvatura del espacio-tiempo. Esta descripción ha sido ensayada y ha demostrado ser correcta en el sistema solar, donde la gravedad es débil y cambia lentamente debido a los movimientos orbitales de los planetas y de sus satélites. LIGO permitirá a los científicos probar esta descripción de un cambio rápido, de una gravedad dinámica (las ondas o flecos de las ondas gravitatorias del espacio-tiempo) y también para la extremadamente fuerte, gravedad dinámica de dos agujeros negros en colisión.

Más específicamente, LIGO tiene la posibilidad de:

1- Verificar directamente la predicción general de la relatividad de que las ondas gravitatorias existen.

2- Probar la predicción de la relatividad general de que estas ondas se propagan a la misma velocidad que la luz y que el gravitón (la particular fundamental que acompaña a estas ondas) tiene una masa cero en reposo.

3- Probar la predicción de la relatividad general que las fuerzas que las ondas ejercen sobre la materia son perpendiculares a la dirección en que estas viajan y que estiran al material a lo largo de una dirección perpendicular mientras que lo encogen por el otro; y también, por lo mismo, comprobar la predicción de la teoría general de que el gravitón tiene el doble de la velocidad de spin de la que tiene el fotón.

4- Verificar firmemente de que los agujeros negros existen y comprobar las predicciones de la relatividad general de la violenta pulsación del espacio-tiempo que acompaña a la colisión de dos agujeros negros. Esta será la prueba más rigurosa que se haya hecho desde que fue enunciada por Einstein la teoría general de la relatividad.

Posibles recompensas para la astronomía:

Toda nuestra información actual acerca del universo distante proviene de las ondas electromagnéticas. Hasta los 1940’s, las únicas ondas accesibles a los astrónomos eran las ondas de luz y los telescopios ópticos que las estudiaban, nos revelaban un universo tranquilo de planetas, estrellas y galaxias. En los 1940’s, 1950’s y 1960’s la marcha de la tecnología hizo posibles los radio telescopios, los telescopios de infrarrojo y los de rayos X, los cuales ven las ondas electromagnéticas del cosmos que tienen diferentes longitudes de onda de las de la luz.

Como estas radiaciones difieren de las de la luz, nos trajeron nuevos tipos de información acerca del universo: nos revelaron el lado violento del universo – quásares, púlsares y el nacimiento de estrellas, por ejemplo. Las ondas gravitatorias, siendo radicalmente diferentes de las ondas electromagnéticas, tienen el potencial de crear aún una nueva revolución en nuestro entendimiento del universo. Entre las cosas que pueden revelarnos podríamos tener estas:

A- El giro conjunto y la coalescencia de parejas de estrellas de neutrones (estrellas formadas de materia nuclear casi pura) y en algunos casos la implosión de la estrella coalescente para formar un agujero negro.

B- Como un agujero Negro se traga a una estrella de neutrones y las coalescencias de los agujeros negros.

C- El nacimiento de una estrella de neutrones en la explosión de una súper nova y la pulsación y spin de esta nueva estrella de neutrones recién nacida.

D- Terremotos de estrellas (análogos a los terrestres) en las estrellas de neutrones y los detalles de como tales terremotos de estrellas, cambian la forma de la estrella y su velocidad de giro.

E- Ondas gravitatorias producidas en el momento en que ocurrió el Gran Estallido y la creación del universo.

F- Descubrimientos sobre los cuales los astrónomos aún no tienen conocimientos.


¿Cuál es la apariencia de un observatorio de ondas gravitatorias?


Entre mayor sea el detector de ondas gravitatorias, más sensitivo será. Para detectar las ondas muy débiles que se predicen será necesario tener dos instalaciones, cada una con un tubo al vacío de 1.20 metros de diámetro dispuesto en forma de L y con brazos de 4 kilómetros de largo. Como las ondas gravitatorias penetran la Tierra sin ningún impedimento, estas instalaciones no necesitan estar expuestas al cielo y están completamente cubiertas por una cubierta de concreto. En el vértice de la L y al final de cada uno de sus brazos se encuentran masas de prueba que cuelgan de alambres y están adaptadas con espejos. El edificio principal en el vértice sirve como centro de control y alberga el equipo de vacío, láser y ordenadores. Haces de láser ultra estables que atraviesan las tuberías de vacío miden el efecto de las ondas gravitatorias en las masas de prueba.


¿Cómo detectarán los detectores las ondas gravitatorias?


Las ondas gravitatorias son flecos en la tela del espacio-tiempo. Cuando entren en el detector de LIGO disminuirán la distancia entre las masas de prueba en un brazo de la L, mientras que la aumentan en el otro. Estas cargas son mínimas: solo 10 elevado a -16 centímetros, o una cien millonésima del diámetro de un átomo de hidrógeno sobre los 4 kilómetros de la longitud del brazo.



Estas minúsculas partículas pueden detectarse mediante el aislado de las masas de todas las demás interferencias, tales como vibraciones sísmicas de la tierra, moléculas de gas en el aire y por rebote de haces de luz de láser de alta potencia entre las masas de prueba en cada brazo y después, interfiriendo los dos brazos de haces el uno con el otro. Las pequeñísimas cargas en las distancias de las masas de prueba desfasan, uno del otro, los haces de láser de los dos brazos alterando su interferencia y revelando la forma de la onda gravitatoria que pasa.


¿Porqué son necesarias dos instalaciones?

Por lo menos dos detectores son esenciales y deben estar localizados en sitios extremamente separados para la detección inequívoca de las ondas gravitatorias. Los fenómenos locales como pueden ser micro-terremotos, ruido acústico y fluctuaciones de láser pueden provocar una interferencia en un lugar, simulando un evento de onda gravitatoria en un sitio, pero semejantes fenómenos son poco probables que ocurran simultáneamente en lugares sumamente apartados el uno del otro.

Después de una competición a nivel nacional, la NSF seleccionó unos lugares cerca de Livingston, Louisiana, y en Hanford, Washington, para las instalaciones de LIGO. Estos lugares, que están separados cerca de 3,200 kilómetros entre sí, son lugares planos los dos y lo suficientemente grandes para poder alojar los brazos de 4 kilómetros del interferómetro. Ambos están también lo suficientemente alejados de desarrollos urbanos para asegurar que estarán sísmica y acústicamente tranquilos, pero aún así dentro de una distancia conveniente para albergar al personal residentes y los visitantes. La NSF seleccionó los lugares después de una competencia en el ámbito nacional, la cual incluía una amplia evaluación de 19 lugares propuestos por LIGO en 17 estados diferentes, el apoyo de esa evaluación por un equipo de revisión nacional y una revisión interna de la NSF.

¿Cuáles son las perspectivas de una colaboración internacional?

Determinar (por triangulación) la ubicación celeste exacta de muchas fuentes de ondas gravitatorias y extraer toda la otra información que llevan las ondas requiere de más de dos lugares. Para estos estudios LIGO es parte de una red internacional de observatorios, establecida mediante un arreglo de colaboración con científicos en otros países. LIGO es un componente crucial de esta red. Los científicos en Francia y en Italia están montando un observatorio de tres kilómetros cerca de Pisa, Italia. Se están realizando otros esfuerzos, ya en camino, en Gran Bretaña, Japón y Australia.

Última modificación Octubre 2, 2001
Para otros datos y fotos ver:LIGO
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Para Astroseti.org
Colaboró Liberto Brun