El pasado día 11 de febrero de 2016, se anunció el descubrimiento por primera vez de ondas gravitacionales provenientes del Universo. La detección de estas ondulaciones del espacio-tiempo producidas por acontecimientos muy violentos como la explosión de una supernova o la fusión de dos agujeros negros ocurridas a miles de millones de años luz de la Tierra podrían haber pasado desapercibidas para la opinión pública y no haber pasado de ser un importante hallazgo que no trasciende del ámbito puramente científico. Sin embargo, el anuncio del descubrimiento fue seguido por centenares de periodistas de todo el mundo y ocupó las portadas y los informativos de los medios de comunicación más importantes. Se trataba de la última predicción realizada por Albert Einstein en la Teoría de la Relatividad General que no había sido demostrada de forma directa y se producía precisamente en el centenario de dicha teoría, sobre la que aún descansa buena parte de la Física actual.

Pero una vez descubiertas y anunciado el hallazgo hace algunos meses, podría parecer que una nueva detección de este tipo de ondas ya no tendría relevancia informativa. Sin embargo, este segundo descubrimiento supone un importante espaldarazo para los datos publicados por la colaboración internacional LIGO(Observatorio

por Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales), liderada por los institutos tecnológicos de California (Caltech) y de Massachusetts (MIT). Además, viene a confirmar de paso que Einstein estaba en lo cierto.

"Estos resultados servirán para convencer a algunos escépticos que con una sola detección publicada aún ponían en duda que se tratase de ondas gravitacionales", asegura Alicia Sintes, profesora de la Universidad de las Islas Baleares que lidera el único grupo español miembro de la Colaboración Científica LIGO y que, desde marzo de 2016 preside junto con el Keith Riles, de la Universidad de Michigan, el grupo de trabajo LIGO-Virgo para la búsqueda de señales gravitacionales continuas. "Ahora tenemos una detección más, una fusión de agujeros negros, que demuestra que las ondas gravitacionales son un instrumento más para hacer observación astronómica", asegura Sintes a este diario.

Eran las 5.38 horas (hora española) del 26 de diciembre de 2015 cuando los investigadores observaron ondas gravitacionales por segunda vez. De manera que, cuando se presentó al mundo el revolucionario hallazgo en febrero, los autores ya tenían entre manos este segundo descubrimiento, aunque los largos análisis necesarios no les permitían entonces hablar de este segundo éxito.

Al igual que en el primer descubrimiento, estas ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo fueron detectadas por los dos detectores gemelos del LIGO ubicados en Livingston (Louisiana) y Hanford (Washington), EE.UU. En ocasiones, los científicos resultan muy imaginativos a la hora de encontrar nombres que ayuden a difundir sus hallazgos. Pero este no es uno de esos casos. Aquel cortísimo beep que revolucionó la física en febrero es conocido entre los colegas físicos como GW150914. Y el que se acaba de hacer público en la reunión de la Sociedad Americana de Astronomía que se está celebrando en San Diego (California) ha sido bautizado como GW151226. Además, el equipo de LIGO ha anunciado durante la presentación de los resultados que también han detectado otra señal de baja significancia -que no pueden considerar aún como una detección de ondas gravitacionales- y que han llamado LVT-151012. Los nombres quizá no ayuden, pero el descubrimiento marca el inicio de la astronomía de ondas gravitacionales como un medio para explorar nuevas fronteras del Universo.

Una nueva era en la Astronomía

Un agujero negro es muy difícil de ver. Es, por definición, negro, no emite luz. Por eso es difícil observarlo directamente. Pero emite ondas gravitacionales en ciertas condiciones, por ejemplo, en la última fase de la absorción de un agujero negro por otro. Es decir, en el acontecimiento cósmico ocurrido hace algo más de 1.300 millones de años -cuando la vida pluricelular aún estaba colonizando la Tierra, como señaló el conocido físico Kip Thorne, uno de los padres científicos de LIGO y asesor científico del filme Interstellar- y que fue detectado en febrero. De forma que estas ondas inauguran una nueva forma de mirar hacia el Universo oscuro.

El mismo tipo de violenta fusión de dos agujeros negros es lo que produjo las ondas gravitacionales que acaban de ser detectadas por segunda vez. Pero, en este caso, con una masa en ambos agujeros negros algo menor que la anterior, de 14 y de ocho masas solares (en lugar de 29 y 36 masas como la de nuestro Sol), que produjeron tras fusionarse un agujero negro de 21 masas solares. Cuando ocurre una fusión de este tipo, el acercamiento se produce de forma muy lenta que pude tardar miles de millones de años. Pero la fase final ocurre de forma muy rápida. Durante la última fracción de segundo, los dos agujeros negros chocan uno contra el otro a una velocidad de la mitad de la velocidad de la luz transformándose en un único agujero negro mucho más masivo que los anteriores. No obstante, una parte de la masa de ese gran agujero negro se transforma en energía tras la gran explosión. Esa energía, que se transmite por el Universo en forma de ondas gravitacionales, son las débiles señales que han detectado los detectores de LIGO.

"Al cabo de 70 segundos de que la señal hubiese llegado a la Tierra, ya sabíamos que se trataba de un dato interesante. Y un minuto después ya teníamos una primera estimación de los parámetros que nos decía que se trataba de un sistema binario, de dos agujeros negros fusionándose", cuenta Sintes. "Ahora, hemos visto las 27 últimas órbitas de los agujeros negros antes de que se fusionasen".

Ambos sistemas binarios de agujeros negros detectados tienen distancias parecidas, de unos 1.400 millones de años luz de la Tierra, pero en este segundo caso la señal que llegó hasta la Tierra era mucho más débil debido a la menor masa de los agujeros negros implicados.

Las ondas gravitaciones son perturbaciones del espacio tiempo, ondulaciones que se forman en el continuo descrito por la Teoría de la Relatividad General de Einstein cuando ocurre algún acontecimiento cósmico suficientemente potente y violento. El mejor ejemplo para entender cómo se forman quizá sería el de una lámina de agua calmada. Si estamos ante una charca cristalina inmóvil y de pronto zambullimos la mano con fuerza en el agua, la fuerza que ejercemos sobre la superficie de la charca producirá unas olas, unas ondulaciones, que se transmitirán por la charca siguiendo un patrón circular, deslizándose por la superficie del agua en todas direcciones. La lámina de agua sería el continuo espacio-tiempo, las olas serían las ondas gravitacionales y el puñetazo sobre el agua sería la explosión de una gran supernova o la fusión de dos agujeros negros capaz de producir ondas gravitacionales con la suficiente energía como para transmitirse por el Universo millones y millones de kilómetros hasta llegar a la Tierra.

Una mirada al Universo oscuro

"Es muy significativo que estos agujeros negros fuesen mucho menos masivos que los de la primera detección", dice en un comunicado Gabriela González, portavoz de la Colaboración Científica LIGO y profesora de Física y Astronomía en la Universidad del Estado de Louisiana. "Debido a sus masas más ligeras, la señal permaneció más tiempo -alrededor de un segundo- en la banda sensible de los detectores. Es un comienzo prometedor para el estudio de las poblaciones de agujeros negros en nuestro Universo", dice González. Según los autores de la investigación, que se acaba de publicar en la revistaPhysical Review Letters, la señal del primer hallazgo apenas duró 0,2 segundos. Cuanto más masivo es el objeto que produce las ondas gravitacionales, menor frecuencia tienen las ondas; y cuanto más compacto, mayor frecuencia; por eso la duración de este evento -cuyos agujeros negros son menores que en el anterior- es mayor que el que se anunció en febrero.

Como ya anunció LIGO en su momento, las ondas gravitacionales abren una nueva ventana hacia el Cosmos e inauguran una nueva era en el campo de la observación astronómica con ondas gravitacionales. "La era de la astronomía de ondas gravitacionales ha comenzado", ha asegurado Gabriela González, la portavoz de LIGO, durante la presentación que ha podido ser seguida a través de internet. "Hasta LIGO sólo teníamos observaciones de rayos X de 21 agujeros negros y todos ellos con masas pequeñas", explica Sintes. "Ahora hemos visto cómo se fusionan dos agujeros negros y sabemos que son mucho más masivos. Estamos confirmando la existencia de una población de agujeros negros muy masivos que sabíamos que tenían que existir, pero que no se habían observado hasta ahora", asegura la investigadora española.

En el caso del estudio de agujeros negros, este tipo de detecciones será una rutina dentro de poco tiempo. El segundo descubrimiento "ha puesto verdaderamente la 'O' de Observatorio en LIGO", dice Albert Lazzarini de Caltech, director adjunto del Laboratorio LIGO. "Con la detección de dos eventos fuertes en los cuatro meses de nuestro primer periodo de observación, podemos empezar a hacer predicciones acerca de la frecuencia con la que podríamos estar escuchando las ondas gravitacionales en el futuro. LIGO nos trae una nueva manera de observar algunos de los eventos más oscuros y más energéticos en nuestro universo", opina Lazzarini. "A partir de otoño, cuando empiece el segundo ciclo de observaciones de LIGO, que durará seis meses, todo indica que se detectará una evento como estos cada mes, es decir, unos cinco o seis en todo el ciclo de observaciones", calcula Sintes.

La pregunta que se abre ahora es si ese tipo de observatorios de ondas gravitacionales, que pronto serán más que los dos de LIGO tanto en tierra como en el espacio, serán capaces de detectar ondas gravitacionales inflacionarias, las producidas por el Big Bang en los primeros instantes del Universo. La respuesta teoría es no. De hecho, el director ejecutivo de LIGO, Dave Reitze, aseguró durante la presentación ante una pregunta de este diario que eso no ocurrirá probablemente hasta que puedan lograrlo otro tipo de detectores, probablemente desde el espacio, aunque también podría hacerlo el detector antártico BICEP2 que ya publicó su hallazgo y se demostró falso hace algunos meses. "Pero estoy seguro de que en los próximos cinco o diez años podremos escuchar la canción del Big Bang y del inicio del Universo", ha dicho Reitze. Pero Alicia Sintes prefiere no cerrar ninguna puerta: "Depende la suerte que tengas. Si esas ondas son como predicen los modelos, necesitaremos aumentar la sensibilidad y eso no ocurrirá hasta la década de 2030. Pero si son diferentes, si fue algo más exótico de lo que creemos, entonces quizá sí las podamos ver".

El Mundo