Así se cortejan dos agujeros negros, con ondas gravitacionales


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La Relatividad General es la teoría que nos ha enseñado a pensar en el espaciotiempo como algo que se adapta e interactúa con el resto de campos.  La gravedad no es más que la manifestación de la geometría cambiante del espaciotiempo en respuesta a las energías y los flujos de energía que por él discurren.

Una de las consecuencias más salvajes y hermosas de la relatividad general es que en determinados fenómenos se podrían generar ondas gravitacionales.  Ondulaciones en el espaciotiempo que se propagan por ahí.  Claro está que cuando una teoría hace una predicción lo que tenemos que intentar es comprobar si ha acertado o no.

Pues bien, llevamos mucho, mucho tiempo intentado cazar una onda gravitacional.  No se han dejado fácilmente.  Pero hoy, el 11 de febrero de 2016 se ha anunciado que ya sabemos detectarlas. Hemos aprendido a descubrir las ondulaciones del espaciotiempo.  Y eso es maravilloso porque nos sitúa en una nueva etapa del estudio del universo.  Ya no contamos tan solo, y sin desmerecer, con las ondas electromagnéticas, ahora tenemos a la gravedad dispuesta a contarnos sus secretos. Y eso, amigos y amigas, es una cosa fabulosa.

Antes de seguir con esta entrada tal vez quieras leer:  Así se liga una onda gravitacional con LIGO. Para todo el mundo  Ahí se explica el procedimiento de medida.  En esta entrada vamos a explicar qué es lo que se ha medido, la información que podemos obtener.

Las ondas gravitacionales detectadas fueron producidas por dos agujeros negros orbitando entre sí y fundiéndose finalmente.  Un fenómeno atroz y violento que se ha expresado de la más sutil de las maneras, ondulando el espaciotiempo a su alrededor.  Son esas ondulaciones las que hemos encontrado.

Tenemos los observatorios  Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory (LIGO) (observatorio de interferometría láser para ondas gravitacionales), los dos centros principales, Livingston y Hanford, que están  en USA y separados 3000km aproximadamente

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Lo primero que se recibe fue la señal de Livingston (Luisiana), y es algo así:

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¿Cómo interpretamos eso? Los va y viene de la curva son variaciones en la interferometría láser producidas por el paso de una onda gravitacional.  Y podemos ver dos zonas:

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La empieza tranquila (los agujeros negros se acercan orbitándose) y al final, en un breve intervalo de tiempo (mirad la escala temporal de grupo marcado en rojo) del orden de milisegundos, esos agujeros se fusionan…  Luego, el agujero negro resultante vibra un poco y tiende a la tranquilidad.  Esta es una simulación del proceso.

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Pero claro, con una única señal es difícil decir algo así de gordo.  Pero tenemos otro detector, el Hanford.  Y ahí se vio lo siguiente:

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Tenemos la misma estructura que en el caso anterior, lo que confirma la idea de que realmente estamos detectando las ondas gravitacionales de una fusión de agujeros negros. Y además sabemos que el tiempo que tardó la señal en ir de un observatorio al otro nos dice que se propagó a la velocidad de la luz.

¿Cómo sabemos eso de los agujeros negros?  Pues porque tenemos unas hermosas ecuaciones de la relatividad general que cuando se resuelven para ver qué ondas gravitacionales se producirían en ese proceso sale lo siguiente:

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En la parte inferior de la imagen lo que se ve es la superposición de los datos observados en el detector, con la línea teórica predicha por la relatividad general, la azul o amarilla clarita.  La superposición es asombrosa.

Aquí una simulación del proceso, junto a la producción de las ondas, por parte del grupo de Relatividad y Gravitación de la Universidad de las Islas Baleares:

Estas observaciones fueron hechas el 14 de septiembre del año pasado.

Cuando se resuelven las ecuaciones de la relatividad general (con la ayuda indispensable de los ordenadores) para dos agujeros negros fusionándose aparecen parámetros como la masa de los agujeros inciales, la masa del agujero final, etc.  Esos parámetros controlan la forma de la curva teórica dibujada en la anterior figura.  Eso quiere decir, que viendo los resultados observacionales obtenidos por LIGO tenemos podemos saber a qué curva teórica corresponden. Y eso fija los valores de las masas iniciales de los agujeros negros y del agujero negro final, entre otras cosas.

Por eso podemos decir que inicialmente hay dos agujeros de 36 y 29 masas solares respectivamente y que el agujero final tiene una masa de 62 masas solares.

Echemos una cuenta:  36+29=65.  ¡Un momento! ¿Cómo 65? Pero si el resultado final del agujero negro resultante solo tiene 62 masa solares cómo es que inicialmente hay 65 en total.

Fantástica pregunta, pero la respuesta es… esa energía se ha perdido en el proceso de fusión en forma de… ONDAS GRAVITACIONALES.  Y esas son las que se han detectado, bueno, la parte que han llegado a nosotros.

Y además, se pueden encontrar muchas otras cosas.

Lo que se ha anunciado hoy es que hemos descubierto una nueva forma de “mirar” al universo. Una forma que nos va a permitir ver dentro de estrellas masivas, ver el espaciotiempo ondulándose, entender los agujeros negros y… el tiempo lo dirá.

Hoy ha sido un gran día, hoy sí, un día histórico

Nos seguimos leyendo…

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21 Respuestas a “Así se cortejan dos agujeros negros, con ondas gravitacionales

  1. Dolors González

    Enrique,
    Soy Dolors. necesito hablar contigo de tu libro sobre Entropía. ¿Puedes escribirme o llamarme, por favor? Gracias.

  2. Pingback: Así se cortejan dos agujeros negros, con ondas gravitacionales

  3. Y la constante de estructura fina? Cambió? Se mantuvo?
    Siendo el interferómetro empleado un dispositivo esencialmente cuántico ¿Se puede explicar la onda como una propagación del cambio de esta constante?

  4. Pingback: La noticia de la semana: Ondas Gravitacionales | Meditaciones Dactilares

  5. ¿Por qué las ondas detectas son producidas por agujeros negros, y no por otras causas?
    ¿Cómo se saben diferenciar?

    ¿Las ondas gravitaciones pueden ser producidas, por otros fenómenos distintos?

    ¿Con qué pruebas experimentales, se sabe que las ondas gravitacionales viajan a la velocidad de la luz?
    ¿Teóricamente pueden viajar a más velocidad?, ¿qué impide superar la velocidad, si es el tejido del espacio y no un objeto, el que se mueve ?

  6. Pingback: Experimentos con l@s chic@s: ¿importan las ondas gravitacionales? « Ajedrez Escolar

  7. Una pregunta, Lo que han medido sólo lo han podido medir una vez, verdad? Quiero decir, las ondas gravitatorias venían propagándose desde que ocurrió el evento (colisión de los dos agujeros negros), han pasado por la tierra y ya se han alejado, por lo tanto, que hayamos podido observarlo ha sido “suerte” por decirlo así. No?
    Conocían de la existencia de esos dos agujeros negros y sabían que iban a colisionar? o por el contrario al ver las ondas gravitatorias han descubierto esos (ahora ese) agujeros negros?

    • Lo que han medido sólo lo han podido medir una vez, verdad?
      Sí.
      las ondas gravitatorias venían propagándose desde que ocurrió el evento (colisión de los dos agujeros negros), han pasado por la tierra y ya se han alejado, por lo tanto, que hayamos podido observarlo ha sido “suerte” por decirlo así. No?
      En efecto.
      Conocían de la existencia de esos dos agujeros negros y sabían que iban a colisionar?
      No, en absoluto
      o por el contrario al ver las ondas gravitatorias han descubierto esos (ahora ese) agujeros negros?
      Así es, saludos.

      • Además, añadir que lo que tienen son “plantillas” de determinados eventos, predichos por la Relatividad General, y que lo que hacen es analizar las señales, llenas de un ruido atroz, intentando descubrir patrones entre el ruido que se ajusten a las plantillas. Por eso, los datos son estadísticos, no tienen una certeza total o casi total, aunque en este caso la probabilidad de que sea ruido es del orden de 1 entre 100.000, es decir, tan improbable como que te toque la lotería comprando un único boleto. Lo que me escama un poco es la inyección de señales simuladas que hacen para testear que los protocolos de medición funcionan. Aseguran que esas señales falsas estaban desconectadas cuando la medición. Hasta que no haya verificación de otros eventos, y además detectados también por otros detectores que pronto entraran en funcionamiento, de equipos diferentes, con un protocolo diferente, creo que habría que coger con pinzas estos resultados. Tardarán semanas en aparecer artículos de análisis sobre las consecuencias, teorías alternativas de la relatividad que quedan descartadas con estos datos, etc. Veremos cuál es la opinión de los físicos relativistas en todo el mundo, habrá que irlos tanteando, cuando he leído el artículo original me ha quedado una sensación como de señal WOW! que no me ha gustado nada (cosas mías, con total seguridad). Prudencia.

        • Supongo que desde que descubrieron la señal, hasta que han hecho la conferencia de prensa han mirado y remirado millones de veces que no se trata de una inyección se señal. Porque como se descubra luego que sí lo ha sido va a ser el mayor Epic Fail de la historia.

    • La misma señal se obtuvo en dos lugares diferentes alejados 3.000 Km. Los registros se obtuvieron con una diferencia de 7 milisegundos, es decir que la señal viajó a la velocidad de la luz. No hay estornudo capaz de hacer eso.

  8. La distancia se calcula a partir de la luminosidad de la onda gravitacional, que es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, y el dato de la luminosidad inicial a una distancia r es calculado a partir del comportamiento dinámico del sistema, de lo que se deducen sus masas, frecuencia orbital y trayectoria espiral. En el artículo se habla de redshift, z, pero es simplemente medida de la distancia, creo. La coincidencia con lo predicho por Einstein es superior al 90%, y en régimen de fuertes campos y velocidades, lo que va a cargarse alguna que otra teoría rival de la Relatividad General.

    • He encontrado lo que preguntabas del redshift, en otro artículo también del equipo de LIGO. Conclusión, no pueden medir el corrimiento hacia el rojo, así que usan el que da la distancia cosmológica, y así conocen las masas: “The observed frequency of the signal is redshifted by a
      factor of (1 + z), where z is the cosmological redshift.
      There is no intrinsic mass or length scale in vacuum general
      relativity, and the dimensionless quantity that incorporates
      frequency is fGm/c3
      . Consequently, a redshifting
      of frequency is indistinguishable from a rescaling of the masses by the same factor.”

      • Lo habitual con ondas electromagnéticas es medir z, (es muy fácil), y con z y la fórmula calcular la distancia cosmológica.
        La pregunta es ahora pues, si z no puede medirse, ¿como han medido la distancia cosmológica?
        Saludos.

  9. Acabo de terminar de leer el artículo y me ha dejado mal sabor de boca. Es una sensación como de «demasiado bueno para ser cierto». Si se confirma con más eventos similares, es la noticia científica del siglo.

  10. ¿Sabes como han calculado la distancia? Estamos hablando de una distancia cosmológica, (480 Mpc) y habitualmente esas distancias se deducen de la medida del redshift de la radiación electromagnética del objeto. Pero no se si hay o se puede medir algo equivalente al redshift de las ondas gravitatorias.
    Y muchas gracias por compartir tus conocimientos con nosotros.

  11. Pingback: Así se cortejan dos agujeros negros, con...

  12. Eres un artista. Gracias por divulgar con tanta rapidez este hito en la física.

    Un saludo.

  13. ¿Por qué nadie está hablando de cómo afecta esto a las diferentes teorías existetentes sobre el origen del universo ?

  14. Genial!
    Gracias por el reporte en vivo.
    ¿Cómo es eso que además sirven para medir la tasa de expansión del universo?

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