Midiendo el pulso del universo en busca de nuevas respuestas

Nada puede escapar de un agujero negro. Ni las partículas, ni la luz pueden huir del inmenso campo gravitacional de estas singulares regiones de nuestro universo. Hoy sabemos que los agujeros negros existen y la mayoría de los que conocemos se encuentran en el centro de las galaxias más masivas.

Algunas de la estrellas que se encuentran en la dirección del centro de la Vía Láctea, la galaxia en la cual se encuentra nuestro sistema solar, se mueven en trayectorias elípticas y completan un ciclo completo después de apenas 15 años. Estas trayectorias son consistentes con las órbitas que pueden ser producidas por la gravedad de un objeto con más de un millón de veces la masa de nuestro sol confinada en un volumen comparable al volumen de nuestro sistema solar: un agujero negro supermasivo.

Las estrellas no son los únicos objetos que sufren la atracción de un agujero negro. Los campos magnéticos, el gas y el polvo interestelar son arrastrados por la intensa fuerza de gravedad de este cuerpo, produciendo gran cantidad de luz en frecuencias de radio. Esta señal en el firmamento fue identificada por primera vez en 1974. En enero de este año, el telescopio espacial Chandra observó la más brillante de las llamaradas de rayos X que se detectan ocasionalmente en la dirección del agujero negro en el centro de la Vía Láctea; son explosiones que resultan de la desintegración de objeto masivo o del enredamiento de los campos magnéticos por efecto del intenso campo gravitacional.

Además de la luz emitida por la materia alrededor del agujero negro, este objeto masivo está alterando continuamente el entramado del espacio y el tiempo a su alrededor. De acuerdo a la teoría general de la relatividad, propuesta por Albert Einstein hace 100 años, un agujero negro puede producir perturbaciones en el espacio-tiempo que se propagan como ondas por el universo: las ondas gravitacionales. Estas ondas, que nunca han sido observadas directa o indirectamente, son exactamente lo que están buscando los científicos de LIGO, el proyecto más grande y ambicioso financiado por la Fundación Nacional de Ciencia de Estados Unidos, que esta semana completó una actualización que lo convierte en uno de los experimentos científicos más precisos construidos por el hombre.

LIGO, las siglas en inglés del Observatorio de Interferometría Láser para Ondas Gravitacionales, es un proyecto liderado por científicos de MIT y Caltech entre los cuales se encuentra Kip Thorne, célebre en la cultura popular por sus libros de divulgación científica y por la colaboración con el director de cine Christopher Nolan que resultó en la película Interstellar.

LIGO está compuesto por dos observatorios, uno en Livingston, Louisiana, y otro en Richland, Washington, separados por 3.000 kilómetros de distancia. Cada observatorio cuenta con un grupo de interferómetros, un montaje experimental en el que se separa y se combina la luz producida por un láser 40.000 veces más potente que un apuntador láser común, luego de hacerla pasar por un par de túneles al vacío de 4 kilómetros de largo. Si una onda gravitacional atraviesa el interferómetro, la distancia que separa los espejos y otros elementos ópticos cambia y produce un patrón particular. LIGO puede medir perturbaciones en la distancia comparables a una milésima parte del diámetro de un protón. La frecuencia de la perturbaciones producidas por una onda gravitacional permite que su efecto pueda distinguirse de las vibraciones que son continuamente producidas por sismos o por los mismos equipos que componen el experimento.

Los dos observatorios de LIGO están diseñados para combinar sus señales y encontrar su posición de la fuente de ondas gravitacionales en el cielo. Las ondas gravitacionales viajan a la velocidad de la luz y esto significa que, en el mejor de los casos, los observatorios pueden relacionar señales que lleguen con 10 milésimas de segundo de diferencia.

LIGO comenzó sus operaciones en 2002 y entro en receso en 2010 para implementar la más reciente actualización, conocida como Advanced LIGO, que comenzó a funcionar el pasado viernes. Con las capacidades de Advanced LIGO es posible que en el futuro, además de la luz y las partículas que se producen en distintos lugares del universo, también podamos “escuchar” las perturbaciones en el espacio-tiempo producidas por el movimiento y el choque de agujeros negros. Pero la historia no termina allí.

El próximo 27 de noviembre está programado el lanzamiento del satélite exploratorio eLISA, un proyecto de NASA retomado por la Agencia Espacial Europea (ESA). Esta primera misión de eLISA, las siglas en inglés de Antena Espacial Avanzada para Interferometría Láser, busca demostrar la tecnología que en el futuro resultará en un observatorio espacial compuesto por tres satélites separados por 5 millones de kilómetros de distancia en órbita alrededor del Sol. Si algún día dominamos la observación de ondas gravitacionales con proyectos como LIGO o eLISA no solamente podremos estudiar los objetos que alteran el espacio-tiempo, también abriremos la puerta a la observación de fenómenos que aún no imaginamos ni en las teorías más aventuradas.