By: Paul Sutter
Paul M. Sutter es astrofísico en SUNY Stony Brook y el Instituto Flatiron, presentador de ” Ask a Spaceman “ y ” Space Radio “, y autor de ” How to Die in Space “. Sutter contribuyó con este artículo a Expert Voices: Op-Ed & Insights de Space.com .
La gravedad no es solo una fuerza que mantiene las cosas unidas. A través de nuestra comprensión de la relatividad general, sabemos que la gravedad puede generar ondas gravitacionales u ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo.
Pero, ¿cómo funcionan exactamente estas ondas gravitacionales?
Poco después de formular su teoría general de la relatividad , Albert Einstein se dio cuenta de que la gravedad puede generar ondas. Sin embargo, rápidamente dudó de sus propias conclusiones. La comprensión de que existen ondas gravitacionales provino de una forma simplificada de relatividad general, y Einstein no sabía si las ondas eran reales o simplemente un artefacto del proceso de simplificación.
Las ecuaciones de la relatividad general son notoriamente difíciles de resolver, por lo que no sorprende que incluso Einstein se equivocara al respecto. Pasaron varias décadas antes de que los físicos llegaran a la firme conclusión de que la relatividad general admite ondas gravitacionales. En otras palabras, son de hecho algo real.
Prácticamente cualquier cosa en el universo que haga cualquier cosa genera ondas gravitacionales. Todo lo que se necesita es un pequeño movimiento, que las ondas gravitacionales tienen en común con casi cualquier otra onda. Si te mueves en el agua, haces ondas de agua. Si su laringe se mueve, genera ondas sonoras. Si mueves un electrón, haces ondas electromagnéticas. Para hacer una onda gravitacional, todo lo que necesita hacer es acelerar la masa.
Estas ondas viajan hacia afuera desde la fuente a la velocidad de la luz y son ondas literales en la fuerza de la gravedad. Cuando una onda gravitacional pasa a través de ti, te estiran y aprietan como si unas manos gigantes estuvieran jugando contigo como un pedazo de masilla.
¿Sentiste eso?
Aunque casi todo en el universo está haciendo ondas gravitacionales todo el tiempo, realmente no las notas. La gravedad es, con mucho, la más débil de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza . Incluso si la gravedad fuera mil millones de billones de billones de veces más fuerte de lo que es, aún sería órdenes de magnitud más débil que cualquiera de las otras fuerzas: la fuerza débil , el electromagnetismo y la fuerza fuerte . Y las ondas gravitacionales son aún más débiles; son pequeñas perturbaciones por encima de la gravedad normal.
Esto también significa que las ondas gravitacionales que podría generar, por ejemplo, agitando los brazos, son casi inexistentes. Para hacer una mella seria en el espacio-tiempo, necesitas una acción seria de masa y energía, cosas como colisiones de agujeros negros, aplastamientos de estrellas de neutrones , supernovas, agujeros negros gigantes que consumen estrellas enteras o incluso las fuerzas caóticas desatadas en los primeros momentos de la Big Bang .
Si estuviera a menos de un kilómetro de la fusión de dos agujeros negros , las ondas gravitacionales emitidas serían lo suficientemente fuertes como para destrozarlo. Pero si estuvieras a cientos de millas de distancia, ni siquiera se te erizaría el pelo de la nuca.
Desde nuestro punto de vista en la Tierra , a millones o miles de millones de años luz de estos eventos cataclísmicos, las ondas gravitacionales tienen una amplitud no mayor que el ancho de un protón.
Por supuesto que fue raro
La extrema debilidad de las ondas gravitacionales es la razón por la que se necesitaron casi un cuarto de siglo de desarrollo tecnológico para detectarlas. Pero en 2015, el Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO) confirmó la primera detección directa de ondas gravitacionales . La fuente de esa señal en particular fueron dos agujeros negros que se fusionaron a 1.400 millones de años luz de distancia.
Hay una ventaja en la debilidad de las ondas gravitacionales: debido a que la gravedad es tan débil, las ondas gravitacionales apenas interactúan con la materia, lo que les permite propagarse libremente por todo el universo sin dispersarse ni ser absorbidas. También significa que podemos ver cosas que normalmente no podríamos.
Si dos agujeros negros chocan en el medio del espacio, ¿cómo podríamos realmente verlos? Si no emiten ningún tipo de radiación electromagnética durante la colisión, todo el proceso es invisible para nuestros telescopios. Pero esas colisiones liberan enormes cantidades de energía en forma de ondas gravitacionales, generalmente más energía que la producida por todas las estrellas del universo combinadas.
Desde esa primera detección confirmada en 2015, LIGO y Virgo, su observatorio hermano en Italia, han confirmado más de cuatro docenas de colisiones de agujeros negros. Hemos pasado de la detección ocasional de ondas gravitacionales a una rama completa de la astronomía. Estas sutiles vibraciones han revelado el funcionamiento interno del cosmos y nuevos misterios para la próxima generación de astrónomos.
