Existe una analogía entre la gravedad y el electromagnetismo.
La fuente del electromagnetismo es la carga eléctrica. Cuando una carga eléctrica se acelera, emite ondas electromagnéticas: ondas de cambios en el campo electromagnético que induce la carga. Esto es exactamente lo que sucede en una antena de radio transmisora: una corriente eléctrica mueve los electrones de un lado a otro, que luego emiten ondas de radio. Esto también es lo que sucede en los objetos calientes: los átomos (con su núcleo cargado positivamente y sus electrones cargados negativamente) se mueven de un lado a otro a medida que chocan, y como resultado, emiten ondas electromagnéticas (calor y luz).
La fuente de la gravedad es la masa. Y cuando una masa se acelera, emite ondas gravitacionales: ondas de cambios en el campo gravitacional que induce la masa.
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Pero la gravedad es muy, muy, muy, muy débil en comparación con el electromagnetismo. Solo piense en esto: suponga que suspende un peso de un hilo. La sección transversal del hilo es la fracción de un milímetro cuadrado. Sus moléculas se mantienen unidas por fuerzas electromagnéticas secundarias débiles. Sin embargo, el hilo puede soportar el tirón de toda la Tierra, 6 billones de billones de kilogramos, sobre el peso.
Debido a que la gravedad es tan débil, nunca se han visto ondas gravitacionales. Aún así, se cree que están allí. Por ejemplo, a medida que la Tierra viaja alrededor del Sol en su trayectoria curva, emite ondas gravitacionales. Pero para toda la Tierra, esa salida de onda gravitacional asciende a unos pocos cientos de vatios, no más. Tan débil que probablemente nunca se detecte.
El Sol emite ondas gravitacionales térmicas al igual que emite calor y luz. Pero en comparación con los aproximadamente 400 millones de billones de megavatios que emite como calor y luz, solo emite alrededor de 79 megavatios en ondas gravitacionales. Si bien eso suena como mucho, sigue siendo una emisión muy débil, y la detección confiable de ondas gravitacionales térmicas del Sol probablemente tampoco sucederá.
Afortunadamente, hay fuentes mucho más fuertes de ondas gravitacionales.
Un tipo de fuente es un “binario cercano”. Hay sistemas de estrellas binarias (enanas), en las que dos estrellas compactas se orbitan entre sí tan estrechamente que les toma solo unos minutos (!!!) completar una órbita completa. Estas estrellas binarias emiten ondas gravitacionales relativamente potentes y, como resultado, pierden energía en el proceso. La medición cuidadosa de su período orbital indirectamente confirmó la existencia de radiación gravitacional al observar que efectivamente pierden energía cinética como lo predice la teoría. Entonces, durante varias décadas, tuvimos evidencia indirecta de ondas gravitacionales.
Pero esto no es detección directa. Y debido a que la longitud de onda de la radiación gravitacional de binarios cercanos es muy larga, solo un instrumento basado en el espacio, que consta de satélites que están a cientos de miles de kilómetros entre sí, tiene alguna esperanza de detectar estas ondas gravitacionales de baja frecuencia. Tal instrumento aún no se ha construido; algunos están planeados, pero incluso en los escenarios más optimistas, ninguno estará operativo antes de mediados de la década de 2030.
Pero hay eventos aún más violentos que producen ondas gravitacionales: la fusión inspiradora de dos objetos muy pequeños pero muy masivos, como dos estrellas de neutrones o, mejor aún, dos agujeros negros. Se cree que estos eventos tienen lugar con cierta regularidad en nuestra galaxia, por lo que existe la esperanza de que un detector de ondas gravitacionales terrestres pueda verlos.
Y de eso se trata el famoso experimento LIGO: está diseñado para detectar ondas gravitacionales de alta frecuencia de tales eventos de fusión. Para hacer esto, el detector emplea dos haces perpendiculares de luz láser, que viajan de ida y vuelta a lo largo de dos túneles muy largos y luego interfieren entre sí. Las ondas gravitacionales exprimen el espacio en una dirección y lo expanden en la otra. Cuando esto sucede, los dos rayos láser se desalinean ligeramente y un interferómetro suficientemente sensible puede ver esto. Un evento de fusión tiene una firma muy característica: a medida que dos agujeros negros se acercan entre sí, tanto la frecuencia como la amplitud de las ondas gravitacionales aumentan, hasta el momento real de la fusión, después de lo cual se ve una onda gravitacional de mayor frecuencia con una amplitud decreciente.
Para mejorar la confiabilidad de LIGO, de hecho hay dos observatorios, a unos 3000 kilómetros de distancia (uno en el estado de Washington, otro en Louisiana); A medida que una onda gravitacional pasa a través de la Tierra, ambos observatorios los verían, y esto ayuda a separar los verdaderos eventos de ondas gravitacionales de otras perturbaciones locales de origen no gravitacional.
El rumor que circula es que LIGO detectó la fusión de dos agujeros negros, cada uno aproximadamente 30 veces más masivo que el Sol, y liberando, en forma de ondas gravitacionales, una cantidad estupenda de energía, equivalente a varias masas solares. Si los rumores son ciertos (lo sabremos mañana) y si el descubrimiento se confirma (a diferencia de algunos descubrimientos recientes de alto perfil que resultaron ser falsos), esto es algo realmente importante: la última gran predicción de la teoría de Einstein , la última pieza de evidencia experimental que falta en apoyo de nuestras teorías físicas estándar del universo.
