Onda gravitatoria para niños
En física, una onda gravitatoria es como una "onda" o "rizo" en el espacio-tiempo. Imagina el espacio-tiempo como una gran tela elástica. Cuando un objeto muy pesado se mueve rápidamente, como una estrella que explota o dos agujeros negros que chocan, crea estas ondas que se extienden por el universo.
Estas ondas viajan a la misma velocidad que la luz. La idea de que existían fue propuesta por el famoso científico Albert Einstein en su teoría de la relatividad general.
La primera vez que los científicos lograron "ver" directamente estas ondas fue el 14 de septiembre de 2015. Los equipos de los experimentos LIGO y Virgo fueron quienes las detectaron. Anunciaron este gran descubrimiento al público el 11 de febrero de 2016, ¡cien años después de que Einstein predijera su existencia! Este hallazgo fue una prueba muy importante de que la teoría de Einstein era correcta.
Antes de esta detección directa, solo teníamos pruebas indirectas. Por ejemplo, se observó cómo la órbita de un tipo especial de estrella llamada púlsar binario cambiaba, lo que coincidía con la idea de que estaba perdiendo energía al emitir ondas gravitatorias.
Contenido
¿Qué son las ondas gravitatorias?
Las ondas gravitatorias son cambios o "fluctuaciones" en la forma del curvatura del espacio-tiempo. Piensa en ellas como las ondas que se forman en el agua cuando tiras una piedra. Estas ondas se mueven por el espacio a la velocidad de la luz.
La "radiación gravitatoria" es lo que se produce cuando estas ondas son emitidas por objetos muy grandes o por sistemas de objetos que giran uno alrededor del otro. Los objetos que tienen una forma perfectamente redonda y no cambian su forma mientras se mueven no emiten estas ondas.
La teoría de Einstein y las ondas
La relatividad general de Einstein es una teoría sobre la gravedad. Una de sus ideas principales es que nada puede viajar más rápido que la luz en el espacio vacío. Esto significa que si algo cambia la gravedad en un lugar, ese cambio no puede llegar a todas partes al instante. Debe propagarse, y lo hace a la velocidad de la luz. A estos cambios que se propagan los llamamos ondas gravitatorias.
La detección de estas ondas es una prueba clave de que la teoría de Einstein es muy precisa. Además, son muy importantes para la astronomía. Nos permiten "ver" el universo de una manera completamente nueva.
¿Por qué son importantes para la astronomía?
Hasta ahora, los astrónomos han estudiado el universo principalmente usando ondas electromagnéticas, como la luz visible, las ondas de radio o los rayos X. Pero las ondas gravitatorias nos dan un tipo de información diferente.
Las ondas gravitatorias se generan por el movimiento de objetos muy masivos. Llevan información sobre cómo se distribuye la masa y a qué velocidad se mueven los objetos. Por ejemplo, en 2016, las ondas detectadas por LIGO vinieron de la colisión de dos agujeros negros. Uno era 29 veces más grande que nuestro Sol y el otro 36 veces más grande. Al chocar, formaron un agujero negro aún más grande.
Este descubrimiento significa que ahora podemos "escuchar" el universo, además de "verlo". Con las ondas electromagnéticas, podemos obtener información del universo cuando tenía unos 300.000 años. Pero con las ondas gravitatorias, ¡podemos ver lo que ocurrió cuando el universo tenía apenas un segundo de edad! Esto abre una nueva era en la astronomía.
Ondas gravitatorias vs. Ondas electromagnéticas
Las ondas electromagnéticas (como la luz) provienen de electrones que se mueven dentro de sus fuentes. Son como muchas pequeñas "muestras" de luz. Las ondas gravitatorias, en cambio, llevan información más directa sobre la estructura y el movimiento de los objetos que las producen.
Por ejemplo, los agujeros negros supermasivos en el centro de las galaxias. Los astrónomos han deducido su existencia por la forma en que afectan la luz y otras radiaciones. Pero las ondas gravitatorias nos darían información directa sobre cómo se mueven estos agujeros negros, sus masas y sus vibraciones. Combinar las observaciones de ondas electromagnéticas y gravitatorias nos ayudará a entender mucho mejor el universo.
Una diferencia importante es que las ondas electromagnéticas pueden tener muchas formas de "polarización" (la dirección en que vibran). Las ondas gravitatorias, según la teoría de Einstein, solo tienen dos tipos de polarización: la "polarización plus" y la "polarización cruzada".
¿Qué objetos emiten ondas gravitatorias?
Las ondas gravitatorias son muy, muy débiles cuando llegan a la Tierra. Por eso, detectarlas es extremadamente difícil. Solo los eventos más violentos y energéticos del universo producen ondas gravitatorias lo suficientemente fuertes como para que podamos detectarlas.
Los objetos que se espera que emitan ondas gravitatorias detectables son:
- La explosión de una supernova (una estrella gigante que explota).
- La formación de un agujero negro.
- El choque de objetos muy masivos, como estrellas de neutrones o la unión de dos agujeros negros.
- Estrellas de neutrones que giran muy rápido y no son perfectamente redondas.
- Ondas gravitatorias que quedaron del Big Bang (el inicio del universo). Estas nos darían información sobre los primeros momentos del universo, antes de que fuera transparente a la luz.
- En realidad, cualquier objeto con masa que se acelere produce ondas gravitatorias, pero la mayoría son demasiado débiles para detectarlas con la tecnología actual.
Evidencia de su existencia
La búsqueda de ondas gravitatorias comenzó en la década de 1960. Los primeros detectores eran cilindros de metal muy grandes. Aunque al principio hubo algunas detecciones que no se pudieron confirmar, los científicos se dieron cuenta de que las señales eran mucho más débiles de lo que se pensaba.
Más tarde, se desarrollaron detectores más sensibles, como los interferómetros. Estos usan láseres para medir cambios minúsculos en la distancia.
Una prueba indirecta muy importante llegó en 1993, cuando los científicos Russell Hulse y Joseph Taylor ganaron el Premio Nobel de Física por estudiar un púlsar binario. Observaron que la órbita de estas estrellas se encogía exactamente como predecía la teoría de Einstein si estuvieran emitiendo ondas gravitatorias.
Finalmente, el 11 de febrero de 2016, se confirmó la primera detección directa. Las ondas fueron captadas el 14 de septiembre de 2015 por los dos detectores LIGO. A este evento se le llamó GW150914. Se descubrió que provenían de la fusión de dos agujeros negros que ocurrió hace 1300 millones de años. Esta fue la primera vez que se confirmó la detección directa de ondas gravitatorias.
Observatorios de ondas gravitatorias
Hoy en día, existen varios proyectos dedicados a la observación de ondas gravitatorias en la Tierra:
- LIGO en Estados Unidos.
- TAMA 300 en Japón.
- GEO 600 en Alemania y Reino Unido.
- Virgo en Francia e Italia.
También hay planes para observatorios espaciales, que podrían detectar ondas gravitatorias de manera aún más sensible, ya que no tendrían el "ruido" de la Tierra. Una misión espacial llamada LISA está en estudio y podría estar lista alrededor de 2030. Otro proyecto es DECIGO en Japón, que podría lanzarse en 2027.
Véase también
En inglés: Gravitational wave Facts for Kids
- Detección de ondas gravitatorias
- Pruebas de la relatividad general
- Fondo estocástico de ondas gravitatorias
