Guías Seti.cl: Detectando los grandes eventos cósmicos en tu casa, con Einstein@home

Einstein@home nos permite ayudar a los científicos a detectar ondas gravitacionales en tu propia casa, pero primero, lo mejor es aprender que es una Onda Gravitacional, y que importancia tuvo para Einstein, como para los científicos actuales en entender nuestro Universo.

¿Qué son las Ondas Gravitacionales?

Se puede pensar en las ondas gravitacionales como las ondas que se forman cuando lanzas una piedra a un charco de agua. Cuando la roca golpea el agua, se distorsiona inmediatamente alrededor de la roca y se esparce. En forma similar, un cambio en la masa o velocidad de un objeto pesado en el Universo distorsiona el espacio tiempo y su efecto se esparce en forma de ondas gravitacionales. Mientras las ondas viajan por el espacio, estas ondas provocan que el espacio tiempo cambie. En un principio, la gente creía que el espacio y el tiempo eran cosas totalmente separadas y que no se influenciaban entre sí. Einstein cambió este concepto con la Teoría de la Relatividad; en donde la materia, el espacio y el tiempo son parte de un sistema dinámico que interactúa entre sí.

En otras palabras, las ondas gravitacionales se producen cuando hay un cambio en la curvatura del espacio. Los eventos astronómicos que provocan un cambio  en la distribución de la masa provocan ondas gravitacionales. Para esto, se necesita eventos con mucha energía para que podamos detectarlas, ya que el espacio tiempo no es muy elástico. El espacio tiempo es como un duro trampolín, que sólo se hunde cuando colocas algo muy pesado sobre él.

Como la analogía de las ondas en un charco de agua, las ondas gravitacionales pierden fuerza mientras se mueven más allá de donde empezaron. Es por esto que son tan difíciles de detectar en la Tierra. Las ondas gravitacionales que los científicos piensan que podemos detectar con LIGO y GEO 600 vendrían de estrellas de neutrones, supernovas, y colisiones de agujeros negros.

EVENTOS ESTELARES

SISTEMAS BINARIOS

Cuando dos estrellas o agujeros negros orbitan entre sí, forman lo que se llama un sistema binario. Los dos objetos comienzan a girar hacia adentro y pierden energía en forma de ondas gravitacionales. Mientras los objetos se acercan, las ondas gravitacionales que emiten se fortalecen. Cuando los dos objetos colisionan, crean una intensa señal de onda gravitacional.

Los sistemas binarios que emiten ondas gravitacionales pueden estar formadas de estrellas, agujeros negros o una combinación de las dos.
Arriba: La Nebulosa Mariposa, un sistema de estrellas binario al centro. Crédito; NASA

SUPERNOVA

Una supernova es una violenta explosión que ocurre en la mayoría de las estrellas masivas. Cuando una pesada estrella ha quemado todo su combustible, colapsa y las capas exteriores se disparan al espacio. Si el colapso no es perfectamente esférico, la supernova lanzará un intenso estallido de ondas gravitacionales.
Arriba: Los remanentes de Supernova de Kepler, Three Great Eyes. Crédito: NASA

ESTRELLAS DE NEUTRONES

Una supernova puede dejar una densa, y rápido núcleo giratorio hecho casi completamente de neutrones, llamado una estrella de neutrones. Una estrella de neutrones que no sea perfectamente esférica y gire rápidamente generará ondas gravitacionales. Algunas estrellas de neutrones se convierten en púlsares, que son estrellas que envian pulsos de ondas de radio. Esto también puede causar ondas gravitacionales. Estas ondas, a diferencia de otras fuentes, estas son emitidas firmemente año tras año. Esto permite al proyecto Einstein@home buscarlas aunque sean más débiles que las de agujeros negros y sistemas binarios.
Arriba: Hubble ve una estrella de neutrones sola en el espacio. Crédito: NASA

AGUJEROS NEGROS

Si el núcleo sigue colapsando más allá del estado de estrella de neutrones, puede convertirse en un agujero negro. En este caso, la atracción gravitacional del núcleo es tan fuerte que nada puede escapar, la única información que emiten los agujeros negros es en la forma de ondas gravitacionales.
Arriba: Disco de polvo alrededor de un agujero negro en la galaxia NGC 4261. Crédito: NASA

FONDO CÓSMICO DE MICROONDAS

Los científicos también desean detectar ondas gravitacionales remanentes de los principios del Universo. Esto requiere múltiples detectores ya que las ondas son aún más débiles que las de los agujeros negros o los sistemas binarios. También, estas ondas no vienen de una sola dirección pero son esparcidas por todo el cielo, muy parecido al fondo de microondas cósmico de la izquierda.

Arriba: Distribución equitativa de la radiación del fondo de microondas remanentes del principio del Universo. Crédito: Equipo científico WMAP

Los Detectores LIGO y GEO 600

LIGO y GEO 600 son herramientas diseñadas para medir cambios en el espacio tiempo, es decir, estas famosas ondas gravitacionales. Miden los cambios en los patrones que se forman cuando se juntan dos rayos láser. Estos patrones dependen del largo viajado en cada rayo láser, el cual cambia cuando una onda gravitacional pasa a través.

La sensibilidad de este tipo de detector, llamado Interferómetro láser, es proporcional a la distancia de viaje del láser. En vista que buscan pequeñas señales, LIGO y GEO necesitan ser de grandes proporciones.

¿Para qué molestarse en buscar ondas gravitacionales?

Una de las cosas que sabemos sobre el universo lo hemos aprendido estudiando la luz. La luz es la única fuente de información que tenemos, por ejemplo, de objetos distantes en el espacio tales como galaxias. Las ondas gravitacionales pueden ser una información adicional de objetos distantes. Nos darían información de objetos que no emiten luz, como los agujeros negros, y que tan masivos son los objetos cuando se mueven o colisionan.

Una manera de visualizar la importancia de detectar ondas gravitacionales es como pensar que el Universo es una película y las ondas gravitacionales son el sonido. Al estudiar la película con luz, podemos ver que pasa. Al estudiar la película con sonido, escucharemos que pasa. Aunque cada uno de estos métodos nos da información en la trama, sólo podemos llegar a entender realmente que está pasando cuando podamos ver y escuchar la película al mismo tiempo. Es por esto, que los científicos están tan entusiasmados en poder estudiar el Universo con ondas gravitacionales y ondas de luz.

Si quieres participar de este proyecto, puedes visitar su sitio web: einstein.phys.uwm.edu/

Y para saber más información en Inglés http://einsteinathome.org/

Aquí presentamos un video del periodista Mexicano Andrés Eloy Martínez que explica las ondas gravitacionales, aunque aplicadas a un conjunto de simulaciones, realizados en la supercomputadora de Columbia en el centro de investigación Ames de la NASA en Mountain View, California. A pesar que no tiene relación directa con Einstein@home, si nos da una mejor perspectiva sobre que son estas famosas ondas:

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