Las ondas gravitatorias: fluctuaciones en el espacio-tiempo
Las ondas gravitatorias son radicalmente diferentes de cualquier otro tipo de radiación. Las ondas electromagnéticas, por ejemplo, son el resultado de la aceleración de las cargas eléctricas y se propagan en el espacio y en el tiempo. Las gravitatorias, sin embargo, son generadas por la aceleración de los cuerpos masivos y son ondulaciones en el mismísimo tejido espacio-temporal.
Según la teoría de la gravedad enunciada por Isaac Newton, la interacción gravitatoria entre dos cuerpos es instantánea. Sin embargo, la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein dice que nada puede viajar más rápido que la luz. Si un cuerpo cambiase de forma bajo la atracción de otro, produciría una perturbación en su campo gravitatorio que se propagaría a la velocidad de la luz.
En el año 1805 Laplace enunció que, si la interacción gravitatoria se propagase a una velocidad finita, las fuerzas de atracción en un sistema binario no apuntarían a lo largo de la línea que une a las dos estrellas, y el sistema perdería momento angular con el paso del tiempo.
Las primeras pruebas de la existencia de ondas gravitatorias
En la actualidad, los científicos piensan que un sistema binario pierde energía y momento angular a través de la emisión de ‘ondas gravitatorias’. A finales de la década de los setenta, se encontraron las primeras pruebas indirectas de la existencia de este tipo de ondas al observar el púlsar binario PSR 1913+16. Sin embargo, todavía no se han podido detectar de forma directa.
Cuarenta años después de la publicación de las teorías de Einstein, los teóricos de la relatividad como H. Bondi demostraron que la radiación gravitatoria se podía observar, que las ondas gravitatorias transportan energía, y que un sistema que emita este tipo de ondas estaría perdiendo energía.
La teoría de la relatividad general afirma que el tiempo y el espacio no existen por separado, sino que forman un ente inseparable de la naturaleza física. Los objetos masivos ‘deforman’ el tejido espacio-temporal, curvándolo como si se tratase de un medio elástico. Cualquier otro cuerpo se moverá en este espacio deformado siguiendo la trayectoria más corta, que ya no es una línea recta.
¡Elástico pero firme!
Cuando un objeto se deforma asimétricamente, la perturbación resultante se propaga como una ondulación del espacio-tiempo: una ‘onda gravitatoria’. Los fenómenos gravitatorios con simetría esférica no emiten radiación gravitatoria. El colapso perfectamente simétrico de una supernova no emitiría este tipo de ondas, pero sí lo haría si fuese irregular. Por este motivo, un sistema binario siempre emitiría radiación gravitatoria.
Las ondas gravitatorias alteran el espacio-tiempo a su paso, modificando la posición de las grandes masas. Una onda gravitatoria que viajase a través de nuestro Sistema Solar generaría una tensión variable que haría oscilar a todos los planetas en la dirección perpendicular a la de la propagación de dicha onda.
Sin embargo, los desplazamientos originados por el paso de una onda gravitatoria son extremadamente pequeños. Por ejemplo, un sistema binario de enanas blancas situado a 160 años luz de nuestro planeta se desplazaría unos 10-10 metros, lo que ilustra la dificultad de detectar oscilaciones tan pequeñas a semejante distancia.
Aunque la explosión de una supernova en una galaxia lejana bañaría a la Tierra con una radiación gravitatoria de varios kilovatios por metro cuadrado, el desplazamiento resultante seguiría siendo ínfimo. El espacio-tiempo es un medio elástico increíblemente firme.
Las binarias galácticas y los agujeros negros masivos
Las ondas gravitatorias que podría detectar una misión como LISA procederían de dos tipos de fuentes: las binarias galácticas y los agujeros negros masivos (MBH) que se supone que existen en el centro de la mayoría de las galaxias.
Los sistemas binarios tendrían que estar en nuestra propia galaxia. Algunos de ellos, como la binaria de rayos-X 4U1820-30, están tan bien estudiados que serían unas fuentes muy fiables para comenzar esta búsqueda.
Si una misión como LISA no detectase ondas gravitatorias procedentes de estos sistemas binarios, con la intensidad y la polarización predichas por la teoría de la relatividad general, se sacudirían las bases de la física gravitatoria.
También es muy importante comprender mejor el entorno y la densidad de los agujeros negros masivos, así como sus procesos de formación y crecimiento. Los científicos sospechan que existen agujeros negros con una masa de entre 1 y 100 millones de veces la del Sol en el centro de la mayoría de las galaxias, empezando por la nuestra. La detección de las ondas gravitatorias emitidas por la fusión de agujeros negros masivos en galaxias remotas demostraría muchos aspectos de la relatividad general y de la teoría de los agujeros negros con un nivel de detalle sin precedentes.
