Las olas del espacio-tiempo
Norma Ávila Jiménez
Recuerdo cuánto me asombró enterarme que para 2017 el Observatorio Europeo del Sur pretende inaugurar un telescopio de cien metros de diámetro en el espejo, el Over Whelmingly Large (owl). Recientemente, otra noticia volvió a demostrarme que la ciencia espacial no tiene límites: la construcción del Laser Interferometer Space Antenna (lisa), integrada por tres módulos o naves que conformarán un triángulo equilátero; cada uno de los lados de este triángulo medirá cinco millones de kilómetros y en ese espacio viajarán rayos láser.
¿Por qué las agencias espaciales estadunidense y europea están interesadas en gastar miles de millones de dólares en lisa, que se colocará, aproximadamente en 2015, 20 grados detrás de la Tierra en la órbita seguida por ésta alrededor del Sol? Porque se supone que será capaz de detectar ondas gravitacionales, cuyo análisis ofrecerá una nueva visión del Universo, principalmente de sus momentos iniciales.
Para comprender qué son las citadas ondulaciones, primero es necesario recordar a Isaac Newton, quien a fines del siglo xvii planteó la Ley de la Gravitación Universal. A través de ésta es posible explicar la fuerza de atracción que da lugar a la caída de los objetos al piso y a que la Luna gire alrededor de la Tierra y el Sistema Solar alrededor de la galaxia a la que pertenecemos. Este físico inglés denominó "acción a distancia" a esa fuerza desplegada por un cuerpo entre el espacio vacío, para jalar a otro, pero, ¿había algo en ese supuesto espacio vacío? Newton no lo pudo explicar.
Con la Teoría de la Relatividad General publicada en 1915, Albert Einstein cambió el panorama respecto a la "acción a distancia". Entre otros conceptos, predijo la existencia de la radiación gravitacional, generada por ondas emitidas debido a cataclismos cósmicos o por sistemas de objetos celestes que orbitan entre sí. Con esto último, "la gravedad deja de ser una fuerza a distancia y se convierte en una distorsión del espacio y del tiempo (técnicamente, una curvatura del espacio-tiempo), que altera el movimiento de los objetos inmersos en él", subraya el físico Miguel Alcubierre en su artículo "Ondas de espacio, ondas de tiempo". Para ejemplificar lo anterior, imaginemos a dos personas que toman por las puntas una mascada, la extienden hasta dejar una superficie plana y la sostienen: ese sería el espacio-tiempo. Una tercera persona colocaría una canica grande en medio de la mascada; ¿qué ocurre entonces? La mascada se hunde hacia el centro, se curva. Eso sucede en el Universo: cualquier objeto en el espacio-tiempo lo curva, y al interactuar uno con otro, se generan ondas gravitacionales.
Estas fluctuaciones se trasmiten a la velocidad de la luz, o sea, a 300 mil kilómetros por segundo y son extremadamente débiles, por lo que aún no han sido detectadas, aunque hay evidencia de su actividad. Los físicos Alan Hulse y Joseph Hooton Taylor, durante varios años observaron el pulsar binario (un sistema de dos estrellas muy densas que giran una alrededor de la otra) psr 1913+16, y confirmaron que el período de rotación de ambos cuerpos disminuye con el tiempo, como consecuencia de la pérdida de energía propagada en forma de ondas gravitacionales. Por ese estudio recibieron el Premio Nobel de Física en 1993. En 2005 se descubrió el pulsar binario psr j0737-3039, que presenta un comportamiento similar: la velocidad de su órbita está decayendo siete milímetros cada día.
Para el doctor Darío Nuñez, investigador del Instituto de Ciencias Nucleares de la unam, que esas ondas sean muy débiles, es afortunado, "porque si nos atravesara una, nos veríamos como resortes, achatándonos y alargándonos de arriba hacia abajo, y si viniera lateral, nos estiraría y recogería hacia los lados". ¿Y si se detonara una supernova (explosión de una estrella gigante al morir) cercana a nuestra galaxia y una onda gravitacional sí lograra tocar a una persona, qué ocurriría? Su estatura disminuiría el equivalente a 10 a la menos 22, o sea, un punto seguido de 22 ceros y luego un uno, que es el tamaño de un átomo; el cambio sería imperceptible, aseguran Nuñez y el maestro en Ciencias, Milton Ruiz.
La formación de un agujero negro, el choque de cuerpos masivos como las estrellas de neutrones, las supernovas, así como el remanente de la Gran Explosión que dio origen al Universo hace aproximadamente 12 mil millones de años, emiten esas olas del océano espacio-tiempo que quieren ser captadas por los observatorios geo 600 o por el Large Interferometer Gravitational-Wave Observatory (ligo), entre otros. Este último consiste en dos laboratorios idénticos ubicados, uno en Louisiana y otro en Livingston, Estados Unidos. Cada uno está conformado por un edificio central del cual salen dos tubos al vacío de cuatro kilómetros que forman un ángulo recto. Dentro de esos tubos, al mismo tiempo se envían rayos láser que chocan con espejos colocados al final de éstos, y "si ocurre un pequeño desfase en el tiempo en que el láser es enviado de regreso después de chocar con el espejo, es probable que sea ocasionado por una onda gravitacional", subraya Darío Nuñez. "Estos observatorios son tan sensibles, que el paso de un camión o un estornudo podrían provocar un desfase en el haz de luz; por ello se han desarrollado técnicas sofisticadas capaces de limpiar de ruido la señal." lisa, que estaría en el espacio, no enfrentaría esos problemas, aunque si lidiaría con otros, como el viento solar o los meteoritos.
Cuando pudieron detectarse las ondas de radio emitidas por los objetos celestes con ayuda de los radiotelescopios, fue posible internarse en las nebulosas para observar los nacimientos de las estrellas; cuando se detecten las ondas gravitacionales se abrirán nuevas ventanas del Universo, entre ellas, la que mostrará lo sucedido en los momentos iniciales de su gestación. El cosmos se desnudará para el disfrute, primero de los astrónomos y, después, de todos.
