Ondas Gravitacionales
En física una onda gravitatoria es una ondulación del espacio-tiempo espacio-tiempo producida producida por un cuerpo masivo acelerado. La existencia de ese tipo de onda, que consiste en la propagación de una perturbación gravitatoria en el espacio-tiempo y que se transmite a la velocidad de la luz, luz, fue predicha por Einstein Einstein en en su teoría de la relatividad general. general. ! La primera observación directa de las ondas gravitatorias se logró el " de septiembre de !#$% los autores de la detección fueron los científicos del experimento L&'(nota que, tras un an)lisis minucioso de los resultados, anunciaron el descubrimiento al p*blico el de febrero de !#+, cien aos despus de que Einstein Einstein prediera prediera la existencia de las ondas." La detección de ondas gravitatorias constituye una nueva e importante validación ondas. de la teoría de la relatividad general. /ntes de su descubrimiento solo se conocían evidencias indirectas de ellas, como el decaimiento del período orbital observado en unp*lsar unp*lsar binario. binario.$ En marzo de !#", el experimento 0&1E2! anunció la detección de modos-0 en la polarización polarización del del fondo cósmico de microondas, microondas, lo que sugería una prueba indirecta de ondas gravitatorias primordiales.+ Los estudios combinados con el telescopio2L/314 telescopio2L/314 revelaron que los resultados de 0&1E25! podían ser explicados por la interferencia del polvo cósmico por cósmico por lo que fueron deados de lado a falta de m)s evidencias.6 Las ondas gravitatorias constituyen fluctuaciones generadas en la curvatura del espaciotiempo que tiempo que se propagan como ondas a la velocidad de la luz. La radiación gravitatoria se genera cuando dichas ondas son emitidas por ciertos obetos o por sistemas de obetos que gravitan entre sí.
Índice 7ocultar 8 •
9ondo teórico
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!:iferencias y similitudes con ondas electromagnticas
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;(betos emisores de ondas gravitatorias
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"Evidencia experimental
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$(bservatorios de ondas gravitatorias
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+<ase tambin
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63otas
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=>eferencias o
=.0ibliografía
o
=.!Enlaces externos
Fondo teórico7editar 8 La relatividad general es una teoría de la gravedad que resulta compatible con la relatividad especial en muchos aspectos y, en particular, con el principio de que nada v iaa m)s r)pido que la luz. Esto significa que los cambios en el campo gravitatorio no pueden ocurrir en todas partes instant)neamente? deben propagarse. En la relatividad general se propagan a exactamente la misma velocidad que las ondas electromagnticas por el vacío? a la velocidad de la luz. / estos cambios que se propagan se les llama ondas gravitatorias. La radiación gravitatoria es una predicción central de la relatividad general y su detección es una prueba clave de la integridad de la estructura teórica de la obra de Einstein. 5in embargo, es probable que en el largo plazo sea aun m)s importante como instrumento para la observación astronómica. Las observaciones del sistema p*lsar binario @ulseAaylor han proporcionado excelentes evidenc ias de que las predicciones de la relatividad general sobre la radiación gravitatoria son cuantitativamente correctas. /un así, la información de la astronomía sobre las posibles fuentes de radiación detectable es incompleta. 1ada vez que una nueva banda de ondas electromagnticas se abría a la observación astronómica con nuevos observatorios en esa longitud de onda tenía lugar el descubrimiento de fenómenos totalmente inesperados y parece probable que eso vuelva a ocurrir con el despliegue de los observatorios de ondas gravitatorias, en especial porque esas ondas llevan algunos tipos de información que la radiación electromagntica no puede transmitir. Las ondas gravitatorias son generadas por los movimientos aparentes de las masas, que codifican las distribuciones de masa y velocidades. 5on coherentes y sus frecuencias baas reflean los tiempos din)micos de sus fuentes. En una publicación se informa que seg*n los expertos las ondas cuya captación se dio a conocer el de febrero de !#+ provienen de la colisión de dos agueros negros, uno veintinueve veces m)s grande que el 5ol y el otro con un tamao treinta y seis veces mayor, que crearon un nuevo aguero de una magnitud equivalente a sesenta y dos veces
la masa de la estrella solar .= Ese evento pudo ser BescuchadoB por L&'( y despus de varios meses de revisar y corroborar los datos los investigadores acaban de comunicar con seguridad que se trata de las ondas gravitatorias.= @asta ahora los obetos del espacio se habían podido estudiar con ondas electromagnticas, es decir con la radiación que emitían. 5in embargo, esos obetos tambin emiten las ondas resultantes de las perturbaciones que se han detectado de modo que a partir de su descubrimiento los físicos podr)n mirar los obetos con las ondas electromagnticas y BescucharlosB con las gravitatorias. En la *ltima publicación mencionada= se informa que seg*n una científica que participó en el proyecto el descubrimiento de las ondas gravitatorias marca el comienzo de una nueva era de la astronomía, es una herramienta que permitir) estudiar el Cniverso y todos los obetos astrofísicos que existen y no es un instrumento para expandir un poco m)s el espectro electromagntico sino un espectro nuevo. Esa experta seala que con las ondas electromagnticas se puede recibir información del Cniverso cuando tenía una edad de ;##.### aos mientras que con las ondas gravitatorias se pueden ver las que se emitieron cuando el Cniverso Btenía apenas un segundo de edadB.=
Diferencias y similitudes con ondas electromagnéticas7editar 8
El efecto de una onda gravitacional con polarización plus en un anillo de partículas.
El efecto de una onda gravitacional con polarización cruzada en un anillo de partículas.
En contraste, las ondas electromagnticas vienen de electrones individuales que eecutan movimientos compleos y, en parte, al azar dentro de sus fuentes. 5on incoherentes y fotones individuales deben ser interpretados como muestras del gran conunto estadístico de los fotones que se emiten. 5us frecuencias son det erminadas por microfísica en ellos. / partir de observaciones electromagnticas, podemos provocar inferencias acerca de esta estructura sólo a travs de una cuidadosa modelación de la fuente. Las ondas
gravitatorias, por el contrario, llevan información cuya conexión a la estructura de la fuente y el movimiento es bastante directa.
Cn buen eemplo es el de los agueros negros masivos en los n*cleos gal)cticos. / partir de observaciones que abarcan todo el espectro electromagntico, desde las ondas de radio a los rayos D, los astrofísicos han inferido que los agueros negros de masas hasta mil millones de masas solares son responsables de las emisiones de cu)sares y controlan los chorros que alimentan las regiones de emisión de radio gigantes. La evidencia de un aguero negro es muy indirecta? ning*n otro obeto conocido puede contener tanta masa en un volumen tan pequeo. (bservaciones de ondas gravitatorias nos hablarían de la din)mica de los propios agueros negros, ofreciendo firmas *nicas de las que se podrían medir sus masas y sus frecuencias vibratorias. >esulta evidente que la interacción de las observaciones electromagnticas y gravitatorias enriquecer) muchas ramas de la astronomía. En cuanto a la polarización de las ondas gravitatorias, a diferencia de las ondas electromagnticas, que admiten m*ltiples polarizaciones, las gravitatorias ad miten solo dos tipos de polarización independiente. En la Aeoría 'eneral de la >elatividad de Einstein las ondas gravitatorias solo admiten la polarización plus y la polarización cruzada y el )ngulo entre ambas es de F".G
Objetos emisores de ondas gravitatorias 7editar 8 La amplitud predicha para estas ondas y los efectos observables que podrían producir son muy dbiles, de modo que su detección directa es extremadamente difícil. 5i existen las ondas gravitatorias su amplitud sería muy inferior al ruido vibracional procedente de otras fuentes. Aan sólo los fenómenos m)s violentos del Cniverso podrían producir ondas gravitatorias susceptibles de ser detectadas.
Los obetos que deberían emitir ondas de gravedad detectables de manera directa son obetos muy masivos sometidos a fuertes aceleraciones o cuerpos masivos no homogneos rotando a gran velocidad. 5e espera poder encontrar ondas gravitatorias producidas en fenómenos cataclísmicos como? •
La explosión de una supernova.
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La formación de un aguero negro.
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El choque de cuerpos masivos como estrellas de neutrones o la coalescencia de agueros negros.
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La rotación de una estrella de neutrones inhomognea.
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>adiación gravitatoria remanente del Big Bang . Este *ltimo caso ofrecería datos *nicos sobre la formación del Cniverso en el periodo anterior a la edad oscura del Cniverso en la que el Cniverso era opaco a la radiación electromagntica.
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H1ualquier obeto con masa y aceleración produce ondas gravitacionales, depender) de la precisión del equipo para poder cuantificarlas, actualmente solo hemos logrado captarlas con sucesos de una muy elevada energíaI.
Evidencia experimental 7editar 8 La historia de la detección de ondas gravitatorias se inició en la dcada de G+# con J. Kebber en la Cniversidad de aryland, donde se construyó el primer detector de barras? era un cilindro masivo de aluminio H M !N# ; Og I que funcionaba a temperatura ambiente H;## 4I con una frecuencia de resonancia de aproximadamente +## @z. Este primer prototipo tenía una sensibilidad moderada de alrededor #-; metros o #-" metros. / pesar de esta baa sensibilidad, a finales de G+# Kebber anunció la detección de una población de eventos coincidentes entre dos barras similares a una tasa mucho m)s alta de lo esperado si la fuente fuera el ruido instrumental. Esta noticia estimuló a otros grupos en 'lasgoP, *nich, 2arís, >oma, los Laboratorios 0ell, 5tanford, >ochester, L5C, &A, 0eiing y AoOio para construir y desarrollar detectores de barras para comprobar los resultados de Keber. :esgraciadamente, para Kebber y para la idea d e que las ondas gravitatorias eran f)ciles de detectar, ninguno de los otros grupos confirmó las observaciones, que nunca se pudieron explicar. 5in embargo, la falta de confirmación no supuso evidencia contraria a la existencia de las ondas gravitatorias, ya que los c)lculos teóricos pronosticaban que las seales serían demasiado dbiles para que se pudieran observar con estos detectores. :esde G=# hasta GG", el desarrollo de detectores tomó dos direcciones diferentes?
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:etectores de barras criognicas, desarrollado principalmente en >oma F 9rascati, 5tanford , L5C y 2erth H/ustraliaI. El meor de estos detectores alcanza una sensibilidad de #-G.
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El interferómetro , desarrollado en el &A, 'arching, 'lasgoP, 1altech y AoOio. La sensibilidad típica de estos prototipos era de #-= metros, la diezmilsima parte del tamao de un protón. El experimento de 'lasgoPF'arching en G=G fue el primero realizado con estos detectores.
Este descubrimiento experimental se considera como la demostración de la existencia de ondas gravitatorias. 2or este motivo, @ulse y Aaylor recibieron el 2remio 3obel de 9ísica del ao GG;. )s recientemente H!##$I, se ha descubierto un segundo p*lsar binario, 25> J#6;6-;#;G, cuyo comportamiento parece confirmar tambin las predicciones de la relatividad general con respecto a la energía emitida en forma de ondas gravitatorias. El p*lsar binario tiene una órbita cuya distancia decae en unos 6 mm por día. En marzo de !#", astrónomos del 1entro de /strofísica @arvard-5mithsoniano H19/I anunciaron la detección por primera vez las ondas gravitatorias durante el período explosivo de crecimiento del universo llamado inflación. Los hallazgos fueron realizados con la ayuda del 0&1E2!, un telescopio situado en el 2olo 5ur, durante experimentos llevados a cabo desde !##+ que buscaban anomalías en la polarización de la radiación de fondo de microondas. 5in embargo, m)s adelante, otros grupos sealaron la presencia de unos artefactos experimentales que podrían afectar a las observaciones.# El de enero de !#+, saltaron rumores de una detección directa realizada en el L&'(. Cn mes despus de la filtración, la detección fue confirmada por investigadores del L&'(, el de febrero de !#+. Estas ondas gravitatorias fueron observadas por primera vez el " de septiembre de !#$, a las $?$ am EA por ambos detectores L&'(, asign)ndole el nombre 'K$#G" H'K, por onda gravitacional, seguido del ao, d el mes y del díaI . La fuente de emisión de 'K$#G" se identificó como la fusión en un aguero negro de un sistema binario de agueros negros que tuvo lugar hace .;## millones de aos, a diferencia de las detecciones pasadas que fueron indirectas esta es la primera vez que se confirma la detección directa de ondas gravitatorias.
Observatorios de ondas gravitatorias 7editar 8 /ctualmente existen diferentes proyectos de observación de ondas gravitatorias, como L&'( HEstados CnidosI, A// ;## HJapónI, 'E( +## H /lemania y >eino CnidoI, o<&>'( H9rancia e &taliaI. Cna misión espacial denominada L&5/ se encuentra en fase de estudio para constituir el primer observatorio espacial de ondas gravitatorias y podría estar operativo alrededor del !#!#.
