Archivo de la etiqueta: relatividad general

Ondas gravitacionales y fusión de agujeros negros para chanchitos

CaHxi4nWEAAQWQF

Disfraz cortesía de @TazaRojaLaika

Hoy, 12 de febrero de 2016, Los Tres Chanchitos (@Los3_Chanchitos) nos hemos decidido a explicar el tema de las ondas gravitacionales y el descubrimiento de la fusión de agujeros negros.

Ayer, 11 de febrero de 2016, se anunció que, por primera vez, se había detectado una onda gravitacional de forma directa y que esta procedía del proceso de colisión y fusión de dos agujeros negros.

Aquí el audio del programa:

Que puedes descargar aquí:  #3chachitosPI para escuchar cuando mejor te venga.

En este blog se intentó explicar los puntos más esenciales de todo esto pero no es seguro que se consiguiera.  Así, tomando un poco más de perspectiva y con más tranquilidad vamos a intentar explicarlo todo de forma ordenada, en una única entrada y con gran uso de imágenes y vídeos.  Todo esto para que los chanchiters puedan seguir la explicación que vamos a dar en directo sobre el tema en SevillaWebRadio.com.

Una entrada locutada en directo, no podéis tener queja.

Por cierto, el artículo de LIGO está libre:

Screenshot 2016-02-12 at 20.07.15

Sigue leyendo

Así se liga una onda gravitacional con LIGO. Para todo el mundo.

Pues a la espera, hoy 11 de febrero de 2016, de la rueda de prensa de LIGO en la que todos confiamos en que anuncien la primera detección directa de una onda gravitacional vamos a explicar en qué se basa el mecanismo de detección.

Para saber sobre Relatividad General:

Relatividad General — 100 años

Sobre ondas gravitacionales:

La que se avecina. Las ondas gravitacionales 1  —  Aquí discutimos el origen “matemático” de ondas y ondas gravitacionales.

La que se avecina. Las ondas gravitacionales 2 — En esta entrada vamos más a la idea que hay detrás del empeño por detectar ondas gravitacionales.

Interferencia de ondas

Una onda es una perturbación que se propaga y es periódica, al menos en el caso más simple, en espacio y tiempo.  La onda llega con la misma amplitud para intervalos de tiempos iguales y distancias al foco emisor iguales.  Hay casos más complicados pero con eso nos servirá.

La idea que tenemos todos en la cabeza más o menos es algo así:

circ1

Se produce una perturbación, por ejemplo en la superficie de una piscina, y se propaga una onda desde el foco emisor.

Ahora bien, si tenemos dos focos emisores, supongamos que tenemos la misma frecuencia en el perturbación, se generan dos ondas.  Pero las ondas no colisionan.  Lo que hacen las ondas es interferir.  Si las ondas se encuentran en regiones donde llegan con la máxima amplitud los efectos se suman, hay mayor intensidad. Si las ondas llegan a un punto en el que una de ellas llega en su máximo y la otra en su mínimo, entonces se contrarrestan.  Algo así:

circ4

Ahí se ve la superposición de ondas y como en unos puntos o regiones se refuerzan y en otras se cancelan.  Hemos generado un patrón de inteferencias.

¿Qué es LIGO?

LIGO viene de LASER INTERFEROMETRY GRAVITATIONAL (wave) OBSERVATORY,  observatorio de ondas gravitacionales por interferometría láser.

Un láser no es más que luz, una onda electromagnética, que tiene unas propiedades muy adecuadas para hacer interferencias.  Lo primero es que casi que es de un color puro, o mejor dicho, la frecuencia de la onda electromagnética se conoce muy bien.  Eso mola porque las interferencias salen mejor si cruzamos ondas de la misma frecuencia.  Además, los láseres actuales son de alta potencia, podemos tener mucha energía en el láser y eso ayuda a estudiar los fenómenos de interferencia.

Lo que hacemos es generar el láser, este haz de onda electromagnética se divide en dos caminos gracias a espejos especiales que dejan pasar la mitad de la onda y la otra la reflejan.  Así podemos dividir el haz y enviarlo en dos direcciones distintas.

En LIGO los láseres recorren brazos de 4km de largo.  Al final del camino rebotan en un espejo que los vuelve a enviar por donde han venido.  Los dos haces llegan otra vez al espejo divisor de haz del principio y se recombinan.

IFO

Es en esa recombinación donde se produce el patrón de interferencia.

Una cuestión importante es que el patrón de interferencia depende del camino total recorrido por cada uno de los haces. Variando el camino recorrido, la longitud de los brazos de LIGO variará el patrón de interferencia. Los brazos de LIGO que tienen este aspecto:

Aerial5

virgo1

Por lo tanto, en LIGO están permanentemente mirando el patrón de interferencia del interferómetro láser.

¿Ondas gravitacionales?

Como hemos comentado en distintas entradas anteriores, una onda gravitacional lo que hace es estirar y comprimir distintas direcciones del espacio.  En tres dimensiones es algo así en el caso más simple:

gw-waves-wave

Visto desde frente lo que veríamos es que una dirección se estira y la otra se contrae periódicamente:

GravitationalWave_PlusPolarization

 

Eso es el propio espacio ondulando, una maravilla. Una predicción de la Relatividad General.

¿Qué pasa en LIGO cuando pasa una onda gravitacional?

Pues como os podéis imaginar no pasa nada apreciable.  Las ondas gravitacionales seguro que llevan toda la vida pasando por aquí (en caso de existir) y no hemos notado nada.  Pero el cacharro ha de servir para algo y para lo que sirve es para notar esas dilataciones y contracciones del espacio.

De forma exagerada lo que pasa en LIGO durante el tránsito de una onda gravitacional es algo así:

giphy

Los brazos se alargarían y se acortarían en distintas direcciones.

Pero… ¡Un momento!  Eso tendría que producir un cambio en el patrón de interferencia dado que están cambiando las longitudes recorridas de los haces láser.  Y en efecto, eso es lo que busca LIGO, detectar ese movimiento de los brazos del interferómetro.

Ojito, lo que buscan ahí es una variación que es comparable a una distancia de 1/10.000 veces el tamaño de un protón.  Eso en metros es encontrar variaciones de:

0.0000000000000000001 metro  (No los cuentes, son 18 ceros)

De esas variaciones de distancias estamos hablando.  Si se ha conseguido es un orgullo y una satisfacción. Estamos a la espera del anuncio.

Nos seguimos leyendo…

La que se avecina. Las ondas gravitacionales 2

ondasgrav

Continuamos con nuestro paseo por el mundo de las ondas gravitacionales. En este caso vamos a tratar de entender la física de tales ondas, su generación y su detección.

Esta entrada es la continuación de:  La que se avecina. Las ondas gravitacionales 1.

Puede que mañana, tras las rueda de prensa de LIGO y colaboradores estas dos entradas convenga tenerlas a mano para entender el aluvión de noticias que puede generar el asunto.

Vamos al lío.

Sigue leyendo

La que se avecina. Las ondas gravitacionales 1

ondasgrav

Pues todo parece que LIGO anunciará el jueves 11 de febrero de 2016 que han encontrado una señal de ondas gravitacionales.  Para más detalles aquí hay una entrada al respecto del amigo Francis:

Advanced LIGO anunciará en rueda de prensa sus primeros resultados sobre ondas gravitacionales

Así que preparándonos para lo que se avecina nos pondremos más o menos al día de qué es eso de las ondas gravitacionales y el porqué todo el mundo está tan contento con la posibilidad de la noticia de su primera detección directa.

Haremos dos entradas sobre el tema. En esta primera entrada vamos a tratar de entender el problema real, que no es moco de pavo. En principio tendríamos que controlar un par de detalles matemáticos que, realmente espero, no solemos tener frescos si no somos especialistas en el tema. Pero creo que es bonito poder vislumbrar dónde está el problema.  Luego hablaremos del significado de las ondas gravitacionales y su detección.  Introduciremos varios enlaces a entradas que han tratado estos temas en el tiempo de vida del blog.

Sigue leyendo

Relatividad general, el espaciotiempo

Hoy, 25 de noviembre de 2015, se cumple el primer centenario de la Relatividad General.  Como hemos ido discutiendo en la serie –Relatividad General, 100 años -,  esta teoría cambió para siempre nuestra forma de entender el espacio y el tiempo.

Resumiendo mucho, antes de la relatividad general el espaciotiempo, con sus particularidades en cada caso, no era más que un contenedor donde los sistemas físicos se movían e interactuaban.  El espaciotiempo era una caja de zapatos que contenía las cosas físicas. Era un elemento ajeno a la física puesto que no participaba de la misma.

canicas

Desde la Relatividad General pensamos en el espaciotiempo más bien como un blandiblu:

blandiblu

En la Relatividad General, el espaciotiempo es algo que se moldea, que se adapta a aquello que contiene.  Es capaz de sentir partículas y campos, la distribución de las distintas energías y sus flujos y, como respuesta, su geometría cambia.  Es decir, en la Relatividad General el espaciotiempo es algo que participa en la física, es un elemento físico más con el que podemos interactuar.

En esta entrada vamos a concentrarnos en explicar, a muy grandes rasgos, como evolucionó el concepto de espaciotiempo desde Newton hasta la Relatividad General de Einstein.

Sigue leyendo