viernes, 12 de febrero de 2016

Ondas gravitacionales... ¿y ahora qué?


Hace aproximadamente mil millones de años sucedió el evento más violento del que la humanidad ha sido testigo. Y nos hemos enterado ahora, gracias al movimiento microscópico de unos espejos situados en los extremos de unos tubos de 4km de longitud. Lo tremendo y lo minúsculo, poesía pura al servicio de la ciencia (¿o es al revés?).
Efectivamente, volvemos a hablar de las ondas gravitacionales. No ocurre muy a menudo que una noticia sobre física tenga tal impacto en la prensa (El País y 2 y 3, El Mundo y 2 y 3, ABC y 2 y 3), así que "algo gordo" debe de ser. ¿Qué hemos aprendido de este descubrimiento?

  1. Las ondas gravitacionales existen. Las ondas gravitacionales son una consecuencia matemática de las ecuaciones de Einstein, y si no existieran, estaríamos en serios problemas con nuestro conocimiento de la gravitación. Ya teníamos desde hace mucho tiempo evidencias indirectas de su existencia (Hulse y Taylor), pero ahora tenemos pruebas totalmente sólidas.
  2. Las ondas gravitacionales se propagan a la velocidad de la luz. La diferencia de tiempos entre los dos observatorios (7ms) es compatible con ello.
  3. Los agujeros negros existen. Como las ondas gravitacionales, los agujeros negros son inseparables de la relatividad general, y las evidencias indirectas de su existencia eran abrumadoras. Ahora por fin hemos detectado unos cuantos mediante su gravedad.
  4. ¿Agujeros negros con sobrepeso? Los agujeros negros que se habían detectado indirectamente formados (presuntamente) por colapso estelar tenían como máximo 15 masas solares. Los agujeros negros que se han fusionado tenían masas de 29 y 36 masas solares. Esto suscita nuevas preguntas sobre los procesos de evolución estelar. En particular, durante el colapso estelar, gran parte de la masa de la difunta estrella se eyecta al exterior, con lo que encontrar agujeros negros tan grandes resulta sorprendente.
  5. Afinar los modelos de fusión de agujeros negros. Las relatividad general emplea ecuaciones en derivadas parciales no lineales acopladas (o, empleando menos jerga, son muy chungas para resolverlas). Normalmente se aplican aproximaciones. Pero esto no es posible, por ejemplo, en la fase de fusión, cuando se emite el máximo de ondas gravitacionales. En estos casos no hay más remedio que emplear simulaciones numéricas ejecutadas en superordenadores. Por primera vez se han confrontado estas simulaciones con los datos reales, y el resultado es extraordinario. Y sin duda, contar con datos empíricos ayudará a mejorar los modelos.
  6. La relatividad general a prueba. Hasta ahora, la relatividad general había superado algunas pruebas experimentales (precesión del perihelio de Mercurio, deflexión de la luz,...), pero siempre con campos gravitatorios débiles. La observación de agujeros negros, y más aún de su colisión, supone la primera vez que tenemos a nuestro alcance una situación que implique cutvaturas del espaciotiempo realmente grandes. Y de momento parece que la cosa funciona. 
Pero incluso más importante es la ventana hacia el universo que abre la utilización de ondas gravitacionales:
  1. En astrofísica, permite la observación de sistemas que hasta ahora eran visibles, como los agujeros negros binarios. Podremos conocer mejor cómo de habituales son, en qué condiciones se pueden formar, y seguramente mejorar las teorías actuales sobre nacimiento y dinámica estelar.
  2. En física fundamental, se puede comenzar a estudiar de manera directa los horizontes de sucesos de agujeros negros. Quizás obtengamos nuevas pistas sobre la gravedad cuántica y el problema de la información.
  3. En cosmología, futuros detectores podrán estudiar el fondo cósmico de ondas gravitacionales (análogo al fondo de microondas), y encontrar evidencias de la inflación en forma de ondas gravitacionales primigenias (aunque estás ondas se detectarán previsiblemente de manera indirecta por los sucesores de BICEP2). También se podrían detectar objetos cosmológicos más exóticos, como cuerdas cósmicas o paredes de dominio.
El futuro empieza hoy.