Las ondas gravitacionales detectados 100 años después de la predicción de Einstein

Impresión de un artista de las ondas gravitacionales generadas por estrellas binarias de neutrones. Créditos: R. Hurt/Caltech-JPL

 

¡ Felicitaciones a la National Science Foundation, Caltech, MIT y todo el equipo de LIGO!

 

LIGO abre nueva ventana al universo con la observación de las ondas gravitacionales de la colisión de agujeros negros.

 

Por primera vez, los científicos han observado ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo llamado ondas gravitacionales, que llegan a la Tierra de un evento cataclísmico en el universo distante. Esto confirma una predicción importante de 1915 de la teoría general de Albert Einstein de la relatividad y abre una nueva ventana sin precedentes hacia el cosmos.

 

Las ondas gravitacionales llevan información sobre sus orígenes dramáticos y sobre la naturaleza de la gravedad que de lo contrario no se puede obtener. Los físicos han concluido que las detectadas ondas gravitacionales fueron producidas durante la última fracción de segundo de la fusión de dos agujeros negros para producir un agujero negro de giro único, más masivo. Esta colisión de dos agujeros negros había sido predicha pero nunca observada.

 

Las ondas gravitacionales no se detectó en 14 de septiembre de 2015 en 5:51 hora del este (9:51 UTC) tanto de los detectores del Observatorio de ondas gravitacionales interferómetro láser (LIGO) doble, ubicado en Livingston, Louisiana y Hanford, Washington, USA. Los observatorios LIGO son financiados por la National Science Foundation (NSF) y fueron concebidos, construidos y son funcionados por Caltech y el MIT. El descubrimiento, aceptado para su publicación en el diario Letras de revisión física, fue hecho por la colaboración de científicos de LIGO (que incluye la colaboración de GEO y el consorcio australiano para la astronomía gravitacional interferométrica) con la colaboración de Virgo utilizando los datos de los dos detectores LIGO.

 

Basado en las señales observadas, los científicos LIGO estiman que los agujeros negros para este evento fueron de 29 y 36 veces la masa del Sol y el evento llevó a cabo hace 1.300 millones de años. Cerca de 3 veces la masa del Sol se convirtió en ondas gravitatorias en una fracción de segundo, con un pico de potencia unas 50 veces que el universo entero visible. Mirando la hora de llegada de las señales--el detector en Livingston registró los milisegundos, evento 7 hasta el detector en Hanford--los científicos pueden decir que la fuente se encuentra en el hemisferio sur.

 

Según la relatividad general, un par de agujeros negros que orbitan uno alrededor del otro pierde energía a través de la emisión de ondas gravitatorias, haciendo que poco a poco enfoque mutuamente más miles de millones de años y luego, mucho más rápidamente en los minutos finales. Durante la última fracción de segundo, los dos agujeros negros chocan entre sí en casi la mitad de la velocidad de la luz y forman un único agujero negro más masivo, convierten una porción de masa de los agujeros negros combinados a la energía, según Einstein fórmula E = mc2. Esta energía se emite como un final fuerte estallido de ondas gravitacionales. Son estas ondas gravitacionales que LIGO ha observado.

 

LIGO fue originalmente propuesto como una forma de detectar estas ondas gravitacionales en la década de 1980 por Rainer Weiss, profesor de física, emérito del MIT; Kip Thorne, Richard P. Feynman profesor de física del Caltech teórica, emérito; y Ronald Drever, profesor de física, emérito, también de Caltech.

 

"Con este descubrimiento, los seres humanos estamos emprendiendo una maravillosa nueva búsqueda: la búsqueda para explorar el lado deformado del universo--objetos y fenómenos que se realizan desde el espacio-tiempo deformado. Colisión de agujeros negros y ondas gravitacionales son nuestros primeros ejemplos, hermoso, dice Thorne.

 

"La descripción de esta observación se describe maravillosamente en la teoría de Einstein de la relatividad general formulada hace 100 años y compone de la primera prueba de la teoría de la gravitación fuerte. Hubiera sido maravilloso ver la cara de Einstein, y que había podido decirle,", dice Weiss.

 

"Caltech prospera en plantear cuestiones fundamentales e inventar nuevos instrumentos para responder a ellos," dice el presidente de Caltech Thomas Rosenbaum, Sonja y William Davidow presidencial y profesor de la física. "LIGO representa un emocionante ejemplo de cómo este enfoque puede transformar nuestro conocimiento del universo. Estamos orgullosos de asociarnos con NSF y MIT y los otros colaboradores científicos para conducir este esfuerzo de décadas."

 

"Nuestra observación de las ondas gravitacionales logra un objetivo ambicioso establecido hace más de cinco décadas para detectar directamente este fenómeno elusivo y comprender mejor el universo y cumple oportunamente, legado de Einstein en el 100 º aniversario de su teoría general de la relatividad," dice David H. Reitze de Caltech, director ejecutivo del laboratorio de LIGO.

 

"Este descubrimiento es sólo el comienzo, dice Fiona Harrison, el Benjamin M. Rosen Professor de  física y titular de los Kent y Joyce Kresa Cátedra de liderazgo de la división de física, matemáticas y astronomía. "En los próximos años, LIGO pondrá la relatividad general a sus exigentes pruebas cada vez que se descubren nuevas fuentes de ondas gravitacionales y estaremos usando telescopios en Tierra y en el espacio para buscar luz emitida por estos eventos catastróficos."

 

La existencia de ondas gravitacionales fue lo primero demostrado en la década de 1970 y 80 por Joseph Taylor, Jr. y colegas. Taylor y Russell Hulse descubrieron en 1974 un sistema binario compuesto por un pulsar en órbita alrededor de una estrella de neutrón. Taylor y Joel M. Weisberg en 1982 encontraron que la órbita del pulsar poco a poco fue disminuyendo con el tiempo debido a la liberación de energía en forma de ondas gravitacionales. Para descubrir el púlsar y demostrar que sería posible esta medida particular de ondas gravitacionales, Hulse y Taylor recibieron el Premio Nobel de física en 1993.

 

El nuevo descubrimiento LIGO es la primera observación de ondas gravitacionales, realizado mediante la medición de las perturbaciones pequeñas que las olas hacen al espacio y el tiempo a medida que pasan a través de la Tierra.

 

Investigación LIGO se lleva a cabo por la colaboración científica de LIGO (LSC), un grupo de más de 1000 científicos de universidades alrededor de Estados Unidos y en otros 14 países. Más de 90 universidades e institutos de investigación del LSC desarrollan tecnología de detector y analizan datos; aproximadamente 250 alumnos son fuertes aportando a los miembros de la colaboración. La red de detector LSC comprende los interferómetros LIGO y el detector GEO600. El equipo GEO incluye a científicos del Instituto Max Planck de física gravitacional (Albert Einstein Institute, AEI), Leibniz Universität Hannover, junto con socios en la Universidad de Glasgow, Universidad de Cardiff, la Universidad de Birmingham, otras universidades en el Reino Unido y la Universidad de las Islas Baleares en España.

 

"Este es el comienzo de una nueva era: el campo de la astronomía de ondas gravitacionales es ahora una realidad," dice Gabriela González, portavoz de la LSC y profesor de física y Astronomía en la Universidad Estatal de Louisiana.

 

El descubrimiento fue posible por las capacidades mejoradas de Advanced LIGO, una importante actualización que aumenta la sensibilidad de los instrumentos en comparación con los detectores LIGO de primera generación, que permite un gran aumento en el volumen del universo sondeado--y el descubrimiento de las ondas gravitacionales durante su primera observación ejecutada. La National Science Foundation de Estados Unidos conduce en apoyo financiero para LIGO avanzado. Financiación de las organizaciones en Alemania (Sociedad Max Planck), el Reino Unido (ciencia y tecnología instalaciones Consejo, STFC) y Australia (Australian Research Council) también han hecho compromisos importantes para el proyecto. Varias de las tecnologías clave que LIGO avanzado tanto más sensibles se han desarrollado y probado por la colaboración del alemán GEO de Reino Unido. Recursos informáticos significativos han sido aportadas por el Cluster de Atlas AEI Hannover, el laboratorio de LIGO, Universidad de Syracuse y la Universidad de Wisconsin-Milwaukee. Varias universidades han diseñado, construido y probado los componentes clave para LIGO avanzado: la Universidad Nacional Australiana, Universidad de Adelaide, Universidad de la Florida, Universidad de Stanford, Universidad de Columbia de Nueva York y Louisiana State University.

 

"En 1992, cuando se aprobó el financiamiento inicial de LIGO, representó la inversión más grande que nunca se había hecho la NSF," dice France Córdova, director de la NSF. "Fue un gran riesgo. Pero la National Science Foundation es el organismo que toma este tipo de riesgos. Apoyamos la ciencia fundamental y la ingeniería en un punto en el camino al descubrimiento de que ese camino es nada, pero claro. Financiamos a los pioneros. Es por qué Estados Unidos sigue siendo líder mundial en el avance del conocimiento. "

"Los detectores LIGO avanzado son un tour de force de la ciencia y la tecnología, hecha posible por un excepcional equipo de técnicos, ingenieros y científicos, dice David Shoemaker de MIT, líder del proyecto LIGO avanzado. "Estamos muy orgullosos de que terminado este proyecto financiado por la NSF en tiempo y en presupuesto y encantado de LIGO avanzado entrega su detección innovadora tan rápidamente".

 

En cada Observatorio, el interferómetro LIGO de largo en forma de L de dos millas y media (4 km) utiliza split luz láser en dos haces que el viaje ida y vuelta hacia abajo de los brazos (tubos de un diámetro de 4 pies mantenidos bajo un vacío casi perfecto). Las vigas se utilizan para controlar la distancia entre espejos precisamente colocados en los extremos de los brazos. Según la teoría de Einstein, la distancia entre los espejos va a cambiar por una cantidad infinitesimal cuando una onda gravitacional pasa por el detector. Puede detectarse un cambio en las longitudes de los brazos menores que una diez milésima parte del diámetro de un protón (10-19 metros).

 

Observatorios independientes y ampliamente separados son necesarios para determinar la dirección del evento haciendo que las ondas gravitacionales y también para verificar que las señales proceden del espacio y no son de algún otro fenómeno local.

 

Una red de detectores significativamente le ayudará a localizar las fuentes. El detector de Virgo será el primero a finales de este año.

 

El laboratorio de LIGO también está trabajando estrechamente con científicos en la India en el Centro Interuniversitario para que la astronomía y Astrofísica, Raja Ramanna centro de tecnología avanzada y el Instituto de Plasma establecer un tercer detector LIGO avanzado en el subcontinente indio. Espera de su aprobación por el gobierno de la India, podría estar operativa a principios de la próxima década. El detector adicional mejorará enormemente la capacidad de la red global del detector para localizar fuentes de ondas gravitacionales.

 

Investigación de Virgo se lleva a cabo por la colaboración de Virgo, que consta de más de 250 físicos e ingenieros pertenecientes a 19 grupos de investigación europeos diferentes: 6 del Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en Francia; 8 desde el Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) de Italia; 2 en los países bajos con Nikhef; Wigner RCP en Hungría; el grupo POLGRAW en Polonia y el Observatorio gravitacional europeo (EGO), el laboratorio de hospedaje el detector de Virgo cerca de Pisa en Italia.

 

Kathy Svitil/Caltech
(626) 676-7628
ksvitil@caltech.edu

"Courtesy NASA/JPL-Caltech."

 

Traducción: El Quelonio Volador