La Universidad de Edimburgo y el Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) van a poner a prueba este año uno de los elementos más enigmáticos de la obra de Albert Einstein, la Constante Cosmológica.
Astronomía y tecnología de física experimental se van a dar la mano para poner a prueba uno de los elementos de las teorías primigenias de Einstein, la Constante Cosmológica, que él mismo rechazó en un primer momento al constatar que el universo no era un ente estático sino en expansión. Este concepto es una de las muchas “cajas chinas” que dejó a su paso Einstein al crear la Teoría de la Relatividad, y su resolución podría hacernos entender por qué el universo se expande cada vez más deprisa. Todo apunta a que la interacción con la energía oscura es el motor, tal y como apuntaba la Relatividad General, pero hay que entender bien lo que ideó Einstein.
Porque pudiera ser que el bueno de Albert se equivocara, quizás haya que revisar la propia teoría gravitatoria para averiguar qué es lo que hace que, más de 13.000 millones de años después de su origen, nuestro universo incluso acelere su expansión. Algo ocurre. Hace más de dos décadas que varios experimentos demostraron que las distancias y el propio todo del universo se expande. Einstein, en sus primeros tiempos, ideó un mecanismo teórico para poder racionalizar el todo, la Constante Cosmológica. Según Einstein la gravedad es una distorsión del tejido del espacio-tiempo, e introdujo esta constante para poder explicar y dar sentido a un modelo estático del cosmos. Él mismo, sin embargo, decidió eliminarlo porque entendió que en realidad el universo no está quieto sino que se expande.
Si esa expansión se está acelerando, entonces quizás siga un patrón concreto, razón por la cual se ha recuperado el concepto de Einstein; podría tener cierto sentido si contabilizamos la energía oscura como explicación a esa aceleración. Sin ella habría que repensar y corregir a Einstein, ya que su modelo gravitatorio no se correspondería con la realidad física del universo. Para decidir qué ocurre se han aliado la Universidad de Edimburgo y el Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) en EEUU, cuya investigación busca determinar la velocidad de la gravedad en el universo a partir del estudio de las ondas gravitacionales, esto es, la distorsión del espacio-tiempo generada por las masas de la materia. Estas ondulaciones se propagan además por todo el universo.
Instalaciones del LIGO en EEUU
El estudio teórico determina que si estas ondas se movieran a la velocidad de la luz (y nada supera la velocidad de la luz) habría que asumir que la Constante Cosmológica de Einstein (que incluye la energía oscura) era certera, es decir, tendremos que darle la razón una vez más y recuperar de pleno lo que él mismo descartó. Ahora bien, si no fuera así, habría que acudir a alguna teoría alternativa de la gravedad en la que no haya energía oscura. El LIGO realizará la parte experimental del estudio; a fin de cuentas fue esta institución la que en 2015 detectó por primera vez las ondas gravitacionales en el universo en 2015 a través de sus dos detectores idénticos, situados a 3.000 km de distancia uno de otro.
Las ondas gravitacionales: Einstein tenía razón
Todo descubrimiento debe ser corroborado con pruebas experimentales, y toda teoría debe ser puesta a prueba por la realidad física. El mismo equipo que detectó la primera prueba confirmada en marzo de 2016 (aunque los datos eran del otoño de 2015), el Observatorio de ondas gravitacionales por interferometría laser (LIGO, por sus siglas en inglés), anunció en junio que tenía más detecciones a partir del choque de dos agujeros negros, con una fuerza gravitacional tan grande que generan desgarros en forma de onda en el continuo del espacio-tiempo. Las ondas gravitacionales, aparte de su importancia teórica y para el conocimiento del universo, tiene una utilidad práctica para los astrónomos: si logran desarrollar mecanismos fiables de detección de estas ondas podrán “ver sin ver”, es decir, detectarán cualquier tipo de cuerpo de gran densidad y fuerza gravitacional aunque no refleje luz o esté muy lejano, ya que “curvan” el espacio tiempo y crean ondas que viajan por el universo sin obstáculos.
Los nuevos datos confirmaron los primeros y son una prueba positiva de parte de la Teoría General de la Relatividad y de las ideas que tenía Einstein. Con el tiempo podríamos llegar a alcanzar una mayor compresión del orden natural y si la teoría funciona en ambientes más extremos y poder avanzar. Porque Einstein tenía razón. En realidad dio en el clavo en muchas cosas…, y ahora, al confirmar dos veces su ideas, la Física da un paso de gigante y la Humanidad logra comprender mejor el universo. Muchos esperaban esta noticia como si fuera la piedra de toque en la teoría de los grandes elementos, igual que el bosón de Higgs lo fue de la teoría física a nivel subatómico.
Explicación esquemática de la onda gravitacional medida por el LIGO (Vía El País)
Las ondas gravitacionales son una parte consistente de la Teoría de la Relatividad y de los estudios que hizo Albert Einstein para entender el universo, su estructura y funcionamiento. Sin embargo en 1936 nuestro gran hombre dio marcha atrás y dijo que no, que se había equivocado. Pues no: acertó. Y sólo hay una forma de explicarlas. Imaginemos un lago. Nos acercamos a la orilla y tiramos una piedra. El choque forma una ondas en el agua que se expanden desde el punto de impacto en todas direcciones de forma equilibrada hasta que chocan con otros cuerpos. Los cuerpos en el espacio (planetas, estrellas, galaxias, agujeros negros, púlsares, supernovas, etc) son iguales que esas piedras: generan ondas por su gravedad que se propagan por todo el universo.
En lugar de un impacto es la fuerza de la gravedad de esos cuerpos y fenómenos físicos los que generan las ondas. Estas ondas existen porque el espacio-tiempo es un todo, no se compone de elementos separados, sino que se relacionan en un todo que llamaremos “continuo”. El espacio se compone de tres parámetros, y el tiempo sería el cuarto. Este continuo sería, según la Teoría de la Relatividad, curvo, no lineal, y la gravedad sería un producto de esa curvatura: el movimiento de los cuerpos estelares provoca perturbaciones en el continuo, esas ondas gravitacionales igual que la piedra genera ondas en el lago.
Recreación de la generación de ondas gravitacionales
La ocasión para el equipo del LIGO (compuesto por más de mil investigadores y dirigido por David Reitze) fue la colisión de dos agujeros negros hace miles de años, que generó unas ondas tan fuertes como para que la máquina gemela (un receptor en Luisiana y otro en Washington) las captara. El experimento encontró el eco en ondas de la fusión por impacto de dos agujeros negros a 1.300 millones de años luz (es decir, que colisionaron mucho antes de que la vida en la Tierra fuera vida compleja) con una fuerza desmesurada que combinó el equivalente a la masa de 62 estrellas como nuestro Sol. Pero tenía truco: en realidad fue la combinación de un agujero negro de 36 masas como el Sol más con otro de 29 veces nuestra estrella. ¿Verdad que falta algo en la suma? El equivalente a esos tres soles en realidad se convirtió en un flujo de onda que se expandió por el universo, ondas gravitacionales generadas por la fusión y la multiplicación de la gravedad.