¿Qué son las ondas gravitacionales?

Hace más de un siglo, la mente privilegiada de Albert Einstein anticipó algo que la ciencia ha tardado todo ese tiempo en poder comprobar empíricamente. Einstein sembró con sus brillantes teorías el germen de un cambio profundo en la ciencia en un momento en que muchos pensaban que ya no había nada por descubrir.

Entre sus anticipaciones, el científico alemán predijo la existencia de las llamadas ondas gravitacionales, un evento del cosmos que siempre nos ha acompañado, pero que desde hace unos años además hemos conseguido comprobar y visualizar demostrando que Einstein tenía razón. En el difícil camino de la humanidad por conocer un poco mejor el Universo y su funcionamiento, hechos como éste suponen un paso adelante que demuestra que nuestra especie también es capaz de realizar avances de los que sentir orgullo.

Einstein dijo que los acontecimientos más violentos del Universo, como la colisión de agujeros negros, hacen que se libere parte de su masa en forma de energía, convirtiéndola en ondas gravitacionales, pero pensaba que sería imposible detectarlas debido a que se originan demasiado lejos como para poder ser percibidas al llegar a la Tierra.

En 1918, dió con la solución, corrigió su error y enunció las ondas gravitacionales tal y como se conocen en la actualidad. Fue tan preciso en su descripción que, cuando los científicos las detectaron por primera vez, no tuvieron ninguna duda.

Y esto tuvo lugar hace relativamente poco, en términos astronómicos. El 11 de febrero de 2016, el equipo del Observatorio de interferometría láser de ondas gravitacionales (LIGO) de Estados Unidos anunció que, por primera vez, sus instrumentos habían sido capaces de percibir el efecto de una de estas ondas emitida por la fusión de dos objetos estelares situados a 1.300 millones de años luz de La Tierra.

Pero, ¿Qué es una onda gravitacional? Imagina una superficie plana, pero flexible, como podría ser una sábana tensada sujeta en volandas, o una cama elástica. Éste es un ejemplo habitual, aunque no del todo exacto, como te puedes imaginar, de cómo puede funcionar el llamado continuo espacio-tiempo en nuestro Universo. Una onda gravitacional, en este contexto, es una oscilación en ese continuo espacio-tiempo, como la onda que se produce al dejar caer una piedra en un estanque de agua en calma.

Imagina que dejamos caer precisamente una piedra en nuestra sábana. ¿Qué es lo primero que nos llama la atención? Que la sábana ya no aparece como una superficie lisa, si no que se ha deformado por efecto de la masa de la piedra que acabamos de depositar sobre ella.

De hecho, el efecto de aplicar la Gravedad sobre la masa de los objetos celestes propicia las órbitas que siguen los planetas. Esta es la razón por la que la Tierra gira alrededor del Sol, un objeto muy masivo y que, por ello, causa una gran distorsión en el espacio-tiempo que lo rodea, por lo que aunque intentáramos movernos en línea recta en torno a una distorsión tan grande, veríamos que, en realidad, no estaríamos avanzando en línea recta si no que vamos a dar vueltas en torno al objeto que está causando la distorsión. Podemos afirmar, de hecho, que la Gravedad no es exactamente una fuerza real, sino que lo que ata unos objetos celestes alrededor de otros no es una fuerza sino la distorsión del espacio-tiempo que se produce en torno a ellos.

Las ondas gravitacionales se producen cuando cuerpos masivos son acelerados, lo que va a provocar distorsiones en el continuo espacio-tiempo. Si ponemos a dar vueltas, una alrededor de otra, a dos pelotas muy pesadas sobre nuestra sábana, este baile provocará distorsiones en el material que las sujeta logrando ligeros cambios de extensión o contracción. Esto, traducido al espacio, nos obliga a hablar de cuerpos extremadamente pesados, porque las distorsiones provocadas en el espacio-tiempo por otros objetos más pequeños como estrellas o planetas es indetectable. Solamente la interacción entre objetos verdaderamente masivos como son los agujeros negros, o las estrellas de neutrones pueden llegar a provocar este estiramiento o contracción perceptible en la tela de nuestra sábana llamada espacio-tiempo.

¿Cómo podemos medir estas oscilaciones en el continuo espacio-tiempo? Pues echando mano del ingenio del ser humano para desarrollar observatorios como el LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory).

Este observatorio de ondas gravitacionales tiene dos túneles de cuatro kilómetros, dispuestos en un ángulo de 90º. Una L mayúscula, pero con 4 kilómetros de lado. ¿Cómo podemos saber ahora que una onda gravitacional ha pasado por ellos? Usando una luz láser para medir el cambio que se produce en la distancia entre los extremos del túnel.

Disparamos nuestra luz láser desde el vértice de unión de los túneles, contra espejos colocados en los extremos opuestos. Como conocemos la distancia de cada túnel y la constante de la velocidad de la luz, podemos saber que el tiempo que va a tardar el láser en ser rebotado desde cada espejo, una vez que lo hemos disparado, va a ser siempre el mismo, ¿correcto?

Cuando una onda gravitacional se produce, el continuo espacio-tiempo se ensancha en una dirección y se encoge en la otra. Midiendo la interferencia del láser, a medida que rebota entre los diferentes espejos, podemos medir, con mucha precisión, si el espacio-tiempo entre ellos se ha contraído, o se ha expandido. Esto se logró medir por primera vez en 2016, demostrando, como en muchas otras cosas, que Einstein tenía razón y que la física, y la ciencia en general, tenían todavía mucho por descubrir.

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