Ondas gravitacionales — Astronomía, 14–17 años
Los movimientos violentos de objetos masivos pueden enviar ondas por el espacio-tiempo. Medir esas ondas permite detectar acontecimientos como la fusión de agujeros negros de una forma que la luz ordinaria no puede.
Ondas en el espacio-tiempo
En la descripción de Einstein, la masa y la energía cambian la forma del espacio-tiempo. Cuando objetos muy masivos se aceleran de manera desigual, ese cambio puede viajar hacia fuera como una onda gravitacional. La onda estira ligeramente el espacio en una dirección y lo comprime en la perpendicular, y después invierte el patrón.
Un nuevo sentido para la astronomía
La astronomía observaba sobre todo el universo mediante la luz, pero algunos objetos son oscuros o están ocultos por polvo. Einstein predijo las ondas gravitacionales en 1916, aunque son extraordinariamente débiles cuando llegan a la Tierra. En 2015, LIGO midió la primera señal directa, procedente de dos agujeros negros que espiralaban juntos. Así se abrió una nueva forma de observar el universo.
Un cambio diminuto de longitud
LIGO tiene dos brazos perpendiculares, cada uno de 4 km. Supón que una onda produce una deformación de 1 parte en 10²¹. El cambio en un brazo es: 4 000 m × 10⁻²¹ = 4 × 10⁻¹⁸ m. Es mucho menor que un protón. El detector compara los tiempos de viaje del láser en ambos brazos, porque una longitud aumenta mientras la otra disminuye.
No son ondas que viajan por el aire
La palabra onda hace pensar a muchas personas en el sonido, el agua o una señal de radio que viaja por un material. Es una comparación razonable, porque todos presentan cambios repetidos y pueden transportar información. Una onda gravitacional es distinta: es una deformación cambiante del propio espacio-tiempo, así que no necesita aire ni otra sustancia. Tampoco empuja objetos como una onda de choque fuerte.
Escuchar fusiones invisibles
Los observatorios de ondas gravitacionales pueden detectar los últimos momentos de fusiones de agujeros negros o estrellas de neutrones, incluso cuando escapa poca luz. Varios observatorios comparan los instantes de llegada y estiman dónde ocurrió el suceso. Cuando se fusionan estrellas de neutrones, los telescopios también pueden encontrar un destello y estudiar el mismo evento mediante la gravedad y la luz.
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