Unha nova era para a astronomía

LIGO, conta ilusionada Alicia Sintes, acaba de darlle unha nova alegría á ciencia en xeral e á astrofísica en particular co evento rexistrado o pasado 17 de agosto: a observación, por primeira vez na historia, de ondas gravitacionais procedentes da colisión dunha parella de estrelas de neutróns -as máis pequenas e densas coñecidas-. Foi a quinta ocasión en que o observatorio detectaba estes ecos do universo, pero a diferenza das anteriores -todas orixinadas pola fusión de dous buracos negros-, supón unha importante novidade: este foi o primeiro evento cósmico observado a través de dous tipos de mensaxeiros astrofísicos, as devanditas ondas gravitacionais e, ao mesmo tempo, as ondas electromagnéticas. As primeiras permitiron "oír" o son deste cataclismo e as segundas, "velo" en forma de luz a través de ducias de telescopios. O achado confirmouse, de feito, grazas ao traballo conxunto de máis de setenta observatorios terrestres e espaciais e simboliza o comezo dunha nova e era da astrofísica, a "astronomía multimensaxeiro", da que se espera unha mellor comprensión do universo. Por que a descuberta das ondas gravitacionais é tan relevante? Que información nos dan do universo? Son perturbacións do espazo-tempo producidas polo movemento da materia e poden darnos moita información sobre o que as xerou, información complementaria e totalmente diferente á que pode xurdir da observación das ondas electromagnéticas. Cos novos instrumentos de detección das ondas gravitacionais dispoñemos dun xeito de observación astronómica diferente do que existía ata agora, podemos revolucionar os conceptos que temos do universo e mesmo descubrir cousas novas. Einstein predixo a existencia das ondas gravitacionais na teoría xeral da relatividade pero el mesmo era moi escéptico sobre a posibilidade de chegar a observalas. Moito, moito. Publicou o seu primeiro artigo sobre ondas gravitacionais en 1916, un ano despois de enunciar a relatividade xeral, pero el mesmo cuestionaba moitas cousas da súa propia teoría. Aínda que esta predicía como solución matemática ás súas ecuacións a existencia dos buracos negros ou das ondas gravitacionais, el non cría que os buracos negros existisen na natureza e pensaba que a humanidade xamais chegaría a identificar as ondas gravitacionais porque son moi pequenas. O certo é que Einstein cambiou tantas veces de opinión que non se sabe se cría que era un fenómeno físico ou non. Houbo que agardar aos anos 50 do século pasado para rematar a polémica e que se crera que son un fenómeno físico e observable. A colaboración LIGO botou a andar en 1997 e o detector empezou a funcionar en 2002, pero os primeiros intentos para facer realidade a observación das ondas gravitacionais son moi anteriores. En 1957, na Chapel Hill Conference, o físico teórico Felix Pirani revolucionou o mundo da física ao afirmar que as ondas gravitacionais podían medirse e que cría saber como facelo. No público estaba Joseph Weber, quen despois construiría o primeiro detector destas ondas, unha barra cilíndrica de aluminio de dous metros. El estaba tan convencido de que detectara as ondas gravitacionais que a comunidade científica empezou a investigar o tema. Comprobouse que a súa era unha tecnoloxía limitada e foise avanzando ata que a finais dos anos 60 e comezos dos 70 callou a idea de montar detectores interferométricos, a tecnoloxía que emprega LIGO. Outro feito relevante foi a descuberta, en 1974, por primeira vez, dun púlsar binario, a primeira evidencia experimental de que as ondas gravitacionais existen. Por esta achega Russell A. Hulse e Joseph H. Taylor foron recoñecidos co Premio Nobel de Física de 1993. Alicia Sintes na Domus da Coruña. Foto: I.C. Tiveron que pasar máis de 40 anos para o desenvolvemento dunha ferramenta capaz de dar con elas. Por que é LIGO un desafío tecnolóxico tan importante? As ondas gravitacionais fan que todo o espazo-tempo vibre como un tambor e propáganse en todas as direccións, pero cando máis te afastas da fonte que as xerou máis febles son, cando chegan á Terra son extremadamente pequenas. Un sinal razoable pode ter unha amplitude de 10²¹ ou 10²². Isto quere dicir que detectores como LIGO observan perturbacións por baixo da milésima parte do tamaño dun protón. Se considero a distancia do Sol a Saturno e me pasa unha onda gordiña, destas de 10²², fará que a distancia se contraia e se expanda o equivalente ao tamaño dun átomo de hidróxeno. Para detectar isto precisamos desenvolvementos tecnolóxicos que leven a sensibilidade ao límite, os detectores interferométricos, que utilizan luz láser. Os de LIGO son o instrumento óptico de precisión máis impresionante que existe e que deseñara a humanidade. O experimento conta con dous interferómetros con brazos en forma de ele de 4 quilómetros -un en Hanford (Washtington) e outro en Livingston (Louisiana), a tres mil quilómetros de distancia-. Os de LIGO non son os únicos observatorios de ondas gravitacionais. No mundo existen outros láseres interferométricos como o VIRGO, ubicado cerca de Pisa (Italia), ou o GEO600, en Hannover (Alemaña). Alén do avance tecnolóxico que supuxo cada un deles, é realmente importante ter distintos aparellos deste tipo espallados polo mundo? Por que? Si, hai moitos tipos de sinais. Uns son de curta duración, como os que vimos ata agora, continuos ou estocásticos... e cada un ten características diferentes. Se queremos detectar sinais transitorios de moi curta duración, é preciso que varios detectores os observen á vez para poder confirmarlos. O pasado 14 de agosto captouse por primeira vez unha onda gravitacional a través de tres detectores interferométricos, os dous de LIGO e VIRGO. Aínda que este último é menos sensible, axudou a facer o posicionamento no ceo e a confirmar a detección doutras ondas gravitacionais producidas pola fusión de dous buracos negros.

A primeira observación, o pasado verán, de ondas gravitacionais procedentes da fusión dunha parella de estrelas de neutróns foi tamén seguida por máis de setenta instrumentos terrestres e espaciais

E que importancia ten a relación de LIGO con outros experimentos baseados en tecnoloxías diferentes? Pódese colaborar con moitos que buscan neutrinos ou raios cósmicos, pero tamén é moi importante a física de multimensaxeiros, é dicir, buscar o mesmo fenómeno de diversas formas, con distintos mensaxeiros, porque todos eles achegan información complementaria dese fenómeno. O evento que se anunciou o pasado mes de outubro, a primeira observación de ondas gravitacionais procedentes da fusión dunha parella de estrelas de neutróns -detectada por LIGO e VIRGO o 17 de agosto- foi tamén seguida por máis de setenta instrumentos terrestres e espaciais (como o telescopio espacial Hubble ou os satélites Fermi e Integral) e máis de 3.000 investigadores. Así foi posible observar como neste fenómeno se producía unha explosión de raios gamma (nunha galaxia situada a 130 millóns de anos luz) e a detección por primeira vez dunha quilonova (o proceso de expulsión do material que queda tras a colisión das estrelas de neutróns). Todo isto, grazas ás alertas simultáneas, a que todo o mundo se puxo a observar ao mesmo tempo este mesmo fenómeno. Se a detección das primeiras ondas gravitacionais en 2015 marcou un fito, a das estrelas de neutróns significan outro porque por primeira vez se fixo astrofísica de multimensaxeiros na que as ondas gravitacionais teñen un papel fundamental. E isto é só o principio: ata o momento os detectores de LIGO non chegaron á máxima sensibilidade posible. Agora están apagados porque estanse a someter a melloras para que volvan funcionar a finais do vindeiro ano. As Baleares, como Galicia, son percibidas como periferia. Foi difícil poñer en marcha un equipo de investigación implicado nunha colaboración internacional como LIGO desde a Universitat de les Illes Balears? Eu volvín á Universitat de les Illes Balears, onde me formara, despois de traballar moitos anos no Instituto Max Planck (Alemaña). Para os compañeiros, ía ao seu lugar de vacacións, a unha illa que vive do turismo e do sector servizos. Aquí todo é diferente. En Alemaña xamais tiven que preocuparme polo financiamento, aquí tes que buscar cartos, espazo, formar o teu grupo... Pero temos talento? Talento haino, si. A xente nova estase formando (aquí) moi ben e ten moito potencial, pero ten que abrirse camiño. Temos a sorte de que cada ano alguén se doutora e ao día seguinte xa ten un posdoc para ir ao estranxeiro. Un deles é Juan Calderón Bustillo, un investigador galego que fixo a tese comigo e xa leva un tempo traballando no Instituto Tecnolóxico de Georgia. E tamén captamos investigadores postdoutorais que logo nolos "rouban" desde o Max Planck e outros centros de prestixio, ou que rematan na empresa privada, en compañías como Google, ou na Axencia Espacial Europea.