jueves, 11 de febrero de 2016

Ondas Gravitacionales




Primera Parte:

Las noticias sobre las ondas gravitacionales se han multiplicado en las últimas horas en la Red, no hay noticiario o red social que no lo mencione. Se ofrece una selección de prensa en la Segunda Parte que satisfará tu interés en el tema sin cambiar de ventana.
  • Este hallazgo se presentó originariamente el lunes 17 marzo de 2014; es posible que lo que se va diciendo por ahí ahora sea la "reconfirmación"... y la comprobación de la teoría de Einstein.
  • Siguiendo a Livescience ese lunes de marzo, los científicos anunciaron nuevos hallazgos que marcan la primera vez que se capta evidencia directa de las ondas gravitatorias primordiales, originadas justo después del Big Bang y que reafirman la teoría inflacionaria de la expansión del Universo. Si los resultados se reconfirman, podrían proporcionar una prueba muy importante sobre si el espacio-tiempo se expandió a muchas veces la velocidad de la luz hace 13,8 mil millones años.

La primera evidencia directa de la inflación cósmica, un período de rápida expansión que se produjo en menos de una fracción de segundo después del Big Bang también apoya la idea de que nuestro Universo es sólo uno de muchos.
Siguiendo con esta imagen con forma de pirámide invertida, la nueva investigación también podría sustentar la idea de un multiverso o universos múltiples en vez de uno solo. Esta teoría postula que, cuando el Universo creció de manera exponencial en la primera minúscula fracción de segundo después del Big Bang, algunas partes del espacio-tiempo se expandieron más rápidamente que otras. Esto podría haber creado "burbujas" de espacio-tiempo que luego se convirtieron en otros Universos. El Universo conocido tiene sus propias leyes de la física, mientras que otros universos pueden tener diferentes leyes, de acuerdo con el concepto de multiverso.


Continuando a Livescience: "Es difícil construir modelos de inflación que conduzcan a un multiverso", dijo Alan Guth, físico teórico del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés) no afiliado con el nuevo estudio, durante una conferencia de prensa el lunes. "No es imposible, así que creo que todavía hay investigaciones por hacer. Pero la mayoría de los modelos de inflación conducen a un multiverso, y la evidencia de la inflación nos empuja en la dirección de esta idea".
  • Para el físico y porfesor de la PUCPLeandro García Calderón, ¨Las teorías sobre un multiverso son muy controversiales; entre otras cosas porque tienden a protegerse a sí mismas. Es decir, estas teorías (o algunas de ellas) descartan la posibilidad de comunicación entre un universo y otro y, por tanto, sería imposible falsear la teoría.¨
Por su parte, el físico teórico Andrei Linde de la Universidad de Stanford - que no participó en el nuevo estudio- disiente de Guth: "En la mayoría de los modelos de inflación, si la inflación está ahí, entonces el multiverso está ahí", dijo en la misma conferencia de prensa , "Es posible inventar modelos de inflación que no permiten multiversos, pero es difícil", "Cada experimento aporta mayor credibilidad a la teoría inflacionaria, esto a su vez nos lleva mucho más cerca de pistas de que el multiverso es real".
  •  Al saber del hallazgo de las ondas gravitacionales, García Calderón señaló que ¨la investigación puede aportar datos de un tiempo donde los efectos gravitacionales y los cuánticos eran equiparables. ¿Qué significa esto? Que las predicciones de cualquier teoría de superunificación (gravedad + teorías cuánticas) deben coincidir con los datos experimentales descubiertos por este equipo. En especial, las teorías de Supercuerdas deberían chequear si alguna de sus predicciones coinciden con lo descubierto; para estas teorías sería muy interesante que hubiese algún rastro de partículas supersimétricas¨.




Segunda Parte


5 cosas que debes saber sobre las ondas gravitacionales (fuente)

¿Qué es una onda gravitacional? Aunque cuando miramos al cielo de noche podemos tener la impresión de que el espacio está vacío, la teoría de la relatividad de Albert Einstein indica que esta apariencia engaña. Según dicha teoría, el espacio-tiempo es como un tejido de cuatro dimensiones (tres de espacio y una de tiempo). Cuando una masa experimenta una aceleración en el tejido, crea oscilaciones que se propagan por él. Estas oscilaciones en el espacio-tiempo son las ondas gravitacionales. Para hacerse una idea de cómo son, piensen en las olas que un barco crea sobre la superficie de un lago. La proa del barco comprime el agua y crea olas que en un principio están muy juntas. A lado y lado de la embarcación las olas se expanden y se separan. De manera similar, las ondas gravitacionales comprimen el espacio en una dirección y lo expanden en otra.

¿De dónde vienen? Cualquier masa en aceleración crea ondas gravitacionales. Basta con chutar una pelota, poner en marcha un coche o tirarse a una piscina para provocarlas. Pero las ondas que nosotros podemos crear son tan débiles que son indetectables. Las que los astrónomos aspiran a observar, y que les pueden aportar información sobre el Universo, son las que vienen de cataclismos cósmicos: la fusión de dos agujeros negros o de dos estrellas de neutrones, las explosiones de supernovas, los primeros instantes después del big bang.

¿Por qué ha costado tanto detectarlas? La gravedad es la más débil de las fuerzas fundamentales del Universo y las ondas gravitacionales son extremadamente tenues. El experimento LIGO intenta detectar si el paso de una onda gravitacional alarga o acorta el espacio que hay en el interior del detector. Está diseñado para detectar una distorsión del espacio mil billones de veces más pequeña que un milímetro, o 10.000 veces más pequeña que el tamaño de un protón.

¿Por qué es importante descubrirlas? La historia de la astronomía se ha basado en el estudio de las ondas electromagnéticas del Universo: la luz visible, la radiación utlravioleta, la infrarroja, los rayos X, los rayos gamma… Pese a todos los avances que se han hecho, hoy día sólo se comprende el 4% del Universo, y aun de manera incompleta. No se tiene ni idea de qué es ni la energía oscura ni la materia oscura, que juntas representan el 96% del Universo. Las ondas gravitacionales abren una nueva ventana a una parte del Universo que hasta ahora ha permanecido invisible. En particular, podrían aportar información de los primeros 300.000 años del Universo, que son invisibles para las ondas electromagnéticas.

¿Tienen alguna utilidad práctica? No tienen ninguna utilidad inmediata. Absolutamente ninguna. Pero, como todos los descubrimientos importantes de la astronomía, ayudan a comprender mejor el Universo y nuestro lugar en él, que es una de las inquietudes fundamentales del ser humano. Y como todos los grandes avances de la física, que no tenga utilidad a corto plazo no significa que no la vaya a tener en el futuro. ¿Quién podía sospechar, cuando Maxwell descubrió las leyes del electromagnetismo, que gracias a él hoy tendríamos ordenadores y teléfonos móviles? ¿O cuando se descubrió la antimateria, que serviría para diagnosticar cánceres con escáneres PET? (Josep Corbella)

Einstein...
(Fuente y videos)

Einstein, una vez más, tenía razón. Las ondas gravitacionales, cuya existencia predijo hace cien años, han sido observadas por primera vez con los dos detectores del experimento LIGO, ambos instalados en Estados Unidos. El equipo científico que las ha identificado ha conseguido ubicar el origen de las ondas en la violenta fusión de dos agujeros negros ocurrida a 1.300 millones de años luz de distancia del sistema solar.

“Hemos detectado ondas gravitacionales. Lo hemos conseguido”, ha anunciado David Reitze, director ejecutivo del consorcio LIGO en una rueda de prensa que ha sido seguida por streaming desde 90.000 ordenadores en todo el mundo. Los investigadores han calculado que, de los dos agujeros negros, uno tenía una masa equivalente a 29 soles y el otro a 36.


En la fusión, nació un nuevo agujero negro aún mayor. Pero no llegaba a las 65 masas solares sino sólo a 62. La masa restante, equivalente a tres soles, se convirtió en energía y se disipó en ondas gravitatorias. “Fue una tormenta muy violenta y muy breve. Durante 20 milisegundos emitió más energía que todas las estrellas del Universo juntas”, ha declarado Kip Thorne, investigador del Instituto de Tecnología de California y cofundador del experimento LIGO.
El descubrimiento supone “el inicio de una nueva era en la astronomía”, afirma Alicia Sintes, astrofísica de la Universitat de les Illes Balears y coautora de la investigación. El estudio del Universo se ha basado históricamente en ondas electromagnéticas –como la luz de estrellas próximas y la radiación infrarroja de galaxias lejanas-. Acceder a las ondas gravitacionales permitirá observar aspectos del cosmos hasta ahora desconocidos –en particular, permitirá escrutar qué ocurrió en la primera fracción de segundo después del big bang.

Las ondas gravitacionales son una consecuencia inevitable de la teoría de la relatividad general. Si la teoría es correcta, entonces estas ondas tienen que existir. Sin embargo, son extremadamente débiles, por lo que son necesarios instrumentos de muy alta precisión para detectarlas.

Con este objetivo, científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y del de California (Caltech) unieron fuerzas en 1992 para construir el Observatorio de Ondas Gravitacionales de Interferómetro Láser (LIGO, por sus iniciales en inglés).

Una prueba de la importancia de la investigación es que, veinticuatro años después, trabajan en el proyecto más de mil científicos de todo el mundo –entre ellos, un equipo de la Universitat de les Illes Balears liderado por Alicia Sintes-. Con una inversión hasta la fecha de 620 millones de dólares (550 millones de euros al cambio actual), se trata del mayor proyecto que ha financiado en su historia la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos. También contribuyen de manera importante a LIGO instituciones del Reino Unido, Alemania y Australia.

Los científicos observan por primera vez un fenómeno que Einstein predijo hace cien años

Estas aportaciones han permitido construir dos sofisticados detectores de ondas gravitacionales, uno en Hanford (en el estado de Washington) y el otro en Livingston (en Louisiana). Los detectores comparan el tiempo que tardan dos haces de luz en recorrer ocho kilómetros en el interior de sendos tubos. Si una onda gravitacional distorsiona el espacio en el interior de uno de los tubos, de modo que el espacio se alarga o se acorta, las señales de los dos haces de luz dejan de coincidir.

Hasta ahora, sin embargo, y pese a todos los recursos invertidos, la búsqueda había sido infructuosa. Los detectores LIGO iniciaron las observaciones en el 2002 y durante ocho años escucharon pacientemente el Universo esperando señales de ondas gravitacionales. Cuando terminó la primera fase de observaciones en el 2010, no habían detectado ni una sola onda.

En lugar de dar por concluida la búsqueda, el consorcio LIGO decidió mejorar el detector para poder captar señales más tenues. Tras cinco años de parada y 200 millones de dólares de inversión (unos 180 millones de euros), en septiembre del 2015 se reanudaron las observaciones. Con los detectores renovados, el experimento ha sido rebautizado Advanced LIGO (o LIGO Avanzado).

En este segundo intento el Universo ha sido generoso con los astrónomos. Según los resultados presentados en la rueda de prensa, y publicados en la revista Physical Review Letters, la primera onda gravitacional se detectó el 14 de setiembre de 2015 a las 09:51 UTC. Una señal idéntica llegó con siete milisegundos de diferencia a los dos detectores gemelos de LIGO, situados a 3.000 kilómetros de distancia, lo que indica que la señal era de origen cósmica.

La onda gravitacional procedía de la dirección de las Nubes de Magallanes, las galaxias satélite de la Vía Láctea. Aunque el hecho de que se produjera a 1.300 millones de años luz de distancia implica que ocurrió mucho más allá, en la profundidad del espacio.
El consorcio LIGO ha detectado las ondas generadas por la fusión de dos agujeros negros
Estas señales serán, previsiblemente, las primeras de una larga serie de observaciones que cambiarán, o completarán, la visión actual del Universo. A partir de ahora,”vamos a poder escuchar el Universo y no sólo verlo”, afirma Gabriela González,coordinadora del consorcio LIGO.

De acuerdo con el calendario de trabajo previsto, los detectores de LIGO se apagaron el 12 de enero después de 106 días de actividad. Está previsto volverlos a poner en marcha en octubre después de introducirles varias mejoras que triplicarán su sensibilidad.

Dos estrellas orbitando una cerca de la otra y fusionándose de manera progresiva, de izquierda a derecha generando ondas gravitacionales.
Dos estrellas orbitando una cerca de la otra y fusionándose de manera progresiva, de izquierda a derecha generando ondas gravitacionales. (NASA)

Escuchar al Universo...

El hecho de que, en los primeros tres meses y medio de funcionamiento, se hayan detectado ya las primeras ondas gravitacionales hace prever que en el futuro este tipo de ondas se detectarán con regularidad.

Según el plan de trabajo del consorcio LIGO, los detectores seguirán perfeccionándose en los próximos años hasta alcanzar su rendimiento máximo en el 2019. Sus observaciones se complementarán con las del detector Virgo, que se pondrá en marcha el año próximo en Italia y en el que se han invertido 200 millones de euros. Asimismo, está previsto instalar detectores de ondas gravitacionales en India y en Japón en los próximos años. Y, más a largo plazo, la Agencia Espacial Europea tiene programado para el 2034 el lanzamiento de la misión eLISA para detectar ondas gravitacionales desde encima de la atmósfera.

“Ha sido un largo camino. Esto es solo el comienzo. Es el primer resultado de muchos que vendrán", afirma Gabriela González, astrofísica argentina de la Universidad del Estado de Lousiana (EE.UU.).

“Ahora podemos escuchar el Universo”

GABRIELA GONZÁLEZ
Coordinadora del consorcio LIGO

Aunque los resultados de LIGO suponen la primera observación directa de ondas gravitacionales, su existencia se daba por descontada desde en 1974 se encontró una prueba indirecta de su existencia. En aquella ocasión, se descubrió que un sistema de dos estrellas de neutrones de tipo púlsar se comportaba exactamente cómo predecía la teoría de la relatividad. La velocidad de los púlsares variaba de un modo que sólo podía explicarse por la emisión de ondas gravitacionales, aunque dichas ondas no llegaron a detectarse. Los autores del descubrimiento fueron reconocidos con el premio Nobel de Física en 1993. Los nuevos resultados de LIGO, de acuerdo con la coherencia habitual de la Academia de Ciencias Sueca, también serán reconocidos previsiblemente con un Nobel.

Con participación española
El grupo de Relatividad y Gravitación (GRG) de la Universidad de las Islas Baleares (UIB) es el único grupo de investigación en España que ha participado en este histórico éxito científico a través de la colaboración científica LIGO y GEO. Alicia Sintes, profesora del Departamento de Física, lleva más de 20 años dedicada al estudio de estas ondas y fue una de las investigadoras que intervino en la puesta en marcha de este grupo de científicos en 1997. La doctora Sintes y el doctor Sascha Husa, también profesor de la UIB y miembro del GRG, forman parte del Consejo de LIGO.

Todos los miembros de la colaboración LIGO en la UIB han trabajado sin cesar durante estos últimos meses analizando los datos del primer periodo de observación de Advanced LIGO y los datos relacionados con este evento en particular.

Con el fin de discernir el origen cósmico de una señal de onda gravitacional, o para calcular las masas de los objetos implicados, hay que resolver las ecuaciones de Einstein, que son el núcleo de la teoría de la relatividad general, y entender cómo las propiedades de la señal de las ondas gravitacionales dependerán de las propiedades de la fuente a través de las posibles señales.

Sascha Husa nos lo explica: “La idea básica es muy similar a la de aplicaciones de teléfonos inteligentes para identificar música, como Shazam. Si escuchas una canción en un bar ruidoso, la aplicación puede consultar una base de datos de posibles señales, y usando algoritmos matemáticos para compensar el ruido, te dirá cuál se ajusta mejor. Mi trabajo consiste en hacer un catálogo de todas las posibles señales de ondas gravitacionales procedentes de la fusión de agujeros negros, para que los que analizan los datos puedan compararlas con las señales inmersas en ruido que son registrada por LIGO”.

El desarrollo de este tipo de catálogos de canciones de agujeros negros ha sido el centro de la investigación de Sascha Husa durante la última década. Junto con sus colegas en la UIB, en la Universidad de Cardiff y el Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Potsdam, el doctor Husa ha desarrollado modelos que no sólo describen la fusión de dos agujeros negros de forma precisa, sino que sus fórmulas también pueden calcularse rápidamente con los grandes ordenadores utilizados en el análisis de los datos de LIGO. Esta rapidez fue esencial en los últimos meses para identificar rápidamente el origen.
UNIVERSIDAD DE LAS ISLAS BALEARES

l.i.g.o. USA
LIGO (fuente)

Nota: el tamaño de letra que se va usando en esta publicación es elegida en base al interés estimado del párrafo. 

La comunidad física internacional vivía estos días en un estado de agitación permanente debido a la presentación de los resultados del experimento LIGO anunciada para hoy jueves 11 de febrero. Se filtraron correos de científicos y circularon chismes de todo tipo, y muchos científicos de todo el mundo creían que este observatorio de ondas gravitacionales de EEUU con dos sedes -una en Hanford (Washington) y otra en Livingston (Lousiana)- iba a dar por hecha la existencia de ondas gravitacionales en el Universo. Ha sido uno de los mayores hallazgos de las última décadas. Ha sido la confirmación directa de una predicción de Einstein de hace 100 años.Hace un par de semanas, el eminente físico teórico del CERN y del Kings College de Londres John Ellis explicaba en una entrevista en este diario: "Sería la primera observación directa de las ondas gravitacionales. Abriría una nueva ventana para mirar el Universo". ¿Pero qué supondría para la Física un hallazgo de este tipo? "Observar un agujero negro es muy difícil. Un agujero negro es negro, no emite luz, por eso es difícil observarlo directamente. Pero emite ondas gravitacionales en ciertas condiciones, por ejemplo, en la última fase de la absorción de un agujero negro por otro", explicaba Ellis.De hecho, los rumores ya decían que lo que han encontrado los científicos del experimento LIGO son las ondas gravitacionales procedentes de la fusión de dos agujeros negros con masas 36 y 29 veces mayores que las del Sol.

Un poquito de más info: El sonido del universo predicho por Einstein
Hacer click aquí para el artículo completo.

Foto Finish



No hay comentarios:

Publicar un comentario