Imagine una gran lámina plana de goma, estirada, y luego deje caer una bola de acero en su centro. Como se esperaba, la lámina de goma vibrará. Esta vibración, una especie de onda, es como una ola que se mueve hacia afuera desde el centro de la perturbación (el punto donde se dejó caer la pelota). Puede ver y sentir fácilmente tales vibraciones mecánicas.
El ejemplo cliché anterior se usa para explicar la estructura del espacio-tiempo, que puede ser perturbada cuando una gran masa (o masas) se mueven a través de esa estructura. Para entender esto mejor, necesitas saber que la gravedad es causada por la curvatura del espacio-tiempo por la presencia de masa. Por lo tanto, una masa pesada curvará más espacio a su alrededor, y cualquier objeto dentro de ese rango espacial caerá automáticamente hacia esa masa porque el “espacio” se “doblará”.
Pero ahora imagine un objeto masivo moviéndose rápidamente en el espacio. Al igual que nuestra lámina de goma, el espacio se “perturbará” y las ondas se moverán extendiéndose lejos de la fuente de perturbación. Estas ondas en el espacio-tiempo fueron postuladas por primera vez por Einstein como Ondas gravitacionales.
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Debido a que estas ondas son ondas en la tela del espacio-tiempo, significa que a medida que avanzan comprimirán / expandirán el espacio.
Estas ondas viajan con la velocidad de la luz, pero son difíciles de detectar porque las ondas gravitacionales interactúan no interactúan con la materia como otras ondas. Un objeto en el camino de dicha onda cambiará su longitud (ya que la longitud es una dimensión en el espacio) pero dicho cambio podría ser tan grande como el ancho de un protón, haciendo que las observaciones sean demasiado difíciles de detectar. Otro ejemplo: “… una explosión de supernova en nuestra propia galaxia emitiría una radiación gravitacional bastante fuerte, pero un anillo de 1 km no se deformaría más de una milésima parte del tamaño de un núcleo atómico”.
Ahora, para detectar un cambio tan extremadamente pequeño en las dimensiones, los científicos usan la interferencia de las ondas láser para averiguar si algo cambió debido a la interacción con una onda gravitacional. Se pueden hacer dos ondas para interferir normalmente para dar un patrón alternativo de franjas oscuras y aterradoras. Pero si el espacio entre las ondas fluctúa, entonces el patrón de interferencia resultante sería “diferente de lo normal”.
Lo que LIGO, el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser, hizo fue utilizar un aparato extremadamente sensible con láser y notar las diferencias en la interferencia de las ondas láser. De ScienceMag:
“LIGO observa un minúsculo estiramiento del espacio con lo que equivale a reglas ultraprecisas: dos artilugios en forma de L llamados interferómetros con brazos de 4 kilómetros de largo. Los espejos en los extremos de cada brazo forman una larga” cavidad resonante “, en la cual la luz láser de un la longitud de onda precisa rebota hacia adelante y hacia atrás, resonando justo cuando el sonido de un tono específico suena en un tubo de órgano. Donde los brazos se unen, los dos haces pueden superponerse. Si han viajado diferentes distancias a lo largo de los brazos, sus ondas se desenrollarán fuera de paso e interfieren entre sí, lo que hará que parte de la luz salga por una salida llamada puerto oscuro en sincronía con las ondulaciones de la ola.
A partir de la interferencia, los investigadores pueden comparar las longitudes relativas de los dos brazos dentro de 1 / 10,000 del ancho de un protón, suficiente sensibilidad para ver una onda gravitacional que pasa mientras estira los brazos en diferentes cantidades. Sin embargo, para detectar estos pequeños desplazamientos, los científicos deben amortiguar las vibraciones, como el ruido de las olas sísmicas, el ruido del tráfico y el choque de las olas en las costas distantes “.
Con el éxito de LIGO, los científicos están entusiasmados con el lanzamiento de LISA pathfinder, un precursor de eLISA, que se lanzará en 2034. Recomiendo ver este video que explica LIGO de una manera simple:
Video: LIGO escucha las ondas gravitacionales que Einstein predijo
