Ones gravitatòries

Una revelació històrica!

L’onze de febrer de 2016 un grup de científics que treballaven en el projecte anomenat LIGO (LaserInterferometerGravitational-WaveObservatory)  van anunciar que havien detectat, per primera vegada a la història, ones gravitatòries. Però, per què és tan important aquest descobriment?  Què representa per a la física actual?

Les repercussions són de primer nivell per a la Física i per a entendre el nostre Univers. Com en altres camps de recerca bàsica, les aplicacions pràctiques es deriven de la recerca experimental per assolir un instrument d’aquestes característiques. Hi intervenen una gran varietat de camps: materials, òptica, làsers, etc.

Foto: ara.cat. Einstein el 25 de novembre de 1915, explicant la teoria de la relativitat

 

Einstein es va equivocar?  La gran troballa és gràcies a una cosa que Einstein va predir, encara que després dubtés que pogués trobar mai! Això ha sigut una solució a la seva famosa teoria de la relativitat general. Avui, cent anys més tard, la ciència ha demostrat que Einstein tenia raó… i també que estava equivocat. Tenia raó perquè efectivament les ones gravitatòries existeixen, són  originades en grans fusions com les que tenen lloc quan s’uneixen dos forats negres massius. Einstein deia, però, que les ones no arriben a la Terra, perquè aquests fenòmens tenen lloc tan lluny de nosaltres que les ones no ens arriben mai, i s’equivocava perquè sí que arriben a la Terra.

Foto: Apod.cat

És històric perquè, per primera vegada, permet estudiar el fascinant món dels forats negres a través del so, i no només de la llum, com passava fins ara. Això vol dir que s’obre una nova etapa en l’estudi dels forats negres i les seves morts violentes.

gravitacionals viatgen a la velocitat de la llum i, per tant, deformen tant l’espai com el temps.

Sobre els forats negres hi ha molta informació, però sempre basada en l’observació visual i en l’anàlisi de dades sovint directes. Mai fins ara s’havia pogut escoltar, literalment, el so que es genera quan es produeix un xoc entre dos forats negres. El so, una mena de xiulet, confirma de pas que l’Univers té so, que es pot escoltar, una teoria que ja acaronaven els grecs, que parlaven de la música dels planetes.

El so és el resultat d’aquestes ones que viatgen per l’Univers i que tenen el seu origen allà on s’ha produït una fusió. Les ones que han detectat els científics provenen del xoc de dos gegantins forats negres —amb una massa fins a 36 vegades superior a la del Sol—. L’espectacular topada entre els dos forats va generar una energia que es va transformar en ones. 1.300 milions d’anys després aquestes ones han arribat, vibrant i viatjant pel temps i l’espai, fins a la Terra, on han estat detectades pels científics de l’Observatori d’Interferometria Làser d’Ones Gravitacionals dels Estats Units.

Foto: ara.cat

Sentir el so captat d’aquestes ones gravitatòries sembla de música ficció. Sembla que tinguis la sensació, que tota la magnitud de la descoberta; la seva complexitat o dificultat per entendre-la amb precisió, es convertia en una prova ordinària i regular. El so, de pocs segons, un so que no sembla nou, un so metàl·lic i previsible, si, però una senyal d’una revelació històrica.  Així doncs, estem davant d’una troballa que obrirà, ben segur, nous balcons al cosmos.

Que són les Ones gravitacionals?

Einstein va unificar l’espai-temps com si fos un teixit, i és precisament en la curvatura d’aquest teixit, la que feia que en els planetes del Sistema Solar anessin al voltant del Sol. Einstein es va imaginar aquest teixit com si fos un matalàs.

Foto:grg.uib.es

Nosaltres estem dins d’aquest espai-temps, és a dir, tenim les 3 dimensions a l’espai i una dimensió que és el temps. Quan tu dorms amb una persona, el teu company/a més corpulent t’enfonsarà el matalàs i hauràs de passar-te tota la nit fent força per evitar caure al seu costat. Amb l’espai-temps passa una cosa semblant. Imagineu-vos que és un matalàs còsmic que va visualitzar Einstein, i li afegim el Sol.

El Sol té una massa, i per tant enfonsarà aquest espai-temps. Aquesta curvatura és la que farà que els planetes orbitin al seu voltant. El que es va adonar Einstein fa 100

anys és que aquesta espècie de matalàs còsmic, és un teixit de material molt més flexible del que s’havia imaginat al principi. Igual que els matalassos elàstics que saltaven quant érem petits! O també posant un altre exemple, imagineu-vos un llac que estigui en calma totalment i poses la mà i la mous per la superfície de l’aigua, oi que genera unes ones que van viatjant per la superfície del llac, o li tires una pedra?

 

Simfonia de l’Univers

Foto: grg.uib.es

Doncs, de la mateixa manera passa quan tens una massa amb moviment en espai temps, es generen aquestes ones que és el que anomenen ones gravitacionals i es van propagant per aquest teixit de l’espai temps. De fet, qualsevol cosa que tingui massa, genera aquestes ones. Si us poseu a ballar en una sala buida, com sou dues masses en moviment, estaríem generant ones gravitacionals, però com som tan petitons, aquestes ones seria gairebé imperceptibles. El que van trobar fa unes setmanes l’equip de LIGO d’aquest experiment, va ser precisament un vals còsmic. Dos forats negres que són molt i molt poderosos, van començar aquest vals còsmic un al voltant de l’altre fins que van acabar fusionant. I això va generar unes ones gravitacionals, suficientment fortes, que des de la Terra, encara que estiguessin a 1300 milions d’ anys llum s’acabessin detectant.

I per això és tan important? Sí, perquè ens serveix per obrir una nova era en el camp de l’astronomia. Imagineu-vos que  heu nascut sense el sentit de la vista, i no poguessis veure d’ençà que eres petit. I de cop i volta obrissis els ulls i poguessis veure per primera vegada l’Arc de Sant Martí o la cara dels teus pares. Per molt que t’ho haguessin descrit, de cop i volta aconseguir i veure, seria com tenir un Univers completament nou al teu abast.

Només es va arribar a veure unes petites ones, perquè la força de gravetat és la més feble que hi ha. Va fer que l’espai s’estirés molt, i però va fer encongir un altre. Han sigut capaços de mesurar en un braç de 4 km de diferència, un dels braços s’estirava mentre l’altre s’encongia. Imagineu-vos la precisió que van necessitar per mesura això. Que fascinant que és el nostre Univers i la seva activitat passada, present i futura. I aquest nou descobriment que s’ha pogut captar ones gravitatòries, una curiositat i interès infinit! I com costa atansar-te a aquesta troballa! Es refereixen a magnituds que fugen de l’ordinariesa què tenim acostumats els cervells i les ments.

Ens hem d’imaginar dos forats negres (o dues supernoves ) viatjant a la velocitat de la llum (299.792.458 metres per segon) que es fonen en una abraçada! Una violenta i una energia descomunal per formar-ne un de sol (o una de sola), provocant distorsions en l’espai i el temps, i produint radiacions que corren per l’espai. I són aquestes radiacions les que s’han captat. Haver-les pogut enregistrar, diuen els entesos, permetrà conèixer millor com és i es comporta i com viu el nostre Univers. Però mentre no arribin els resultats de noves descobertes arran d’aquestes captades ones gravitatòries, aquí seguirem com un dia més en aquest Univers tan fascinant!

LIGO detecta ones gravitatòries procedents de forats negres que es fusionen

Les ones gravitatòries mesurades coincideixen amb les esperades procedents de dos grans forats negres d’una galàxia distant que es fusionen després d’una espiral letal, amb el nou forat negre resultant que va vibrar momentàniament en forma d’un ràpid anell cap avall. La il·lustració representa els dos forats negres que es fusionen; a la part inferior hi ha superposada la intensitat del senyal dels detectors de més de 0,3 segons.

Bibliografia:

• Apod.cat
• NASA: Crèdits de la il•lustració: LIGO, NSF, AuroreSimonnet (Sonoma State U.)
• Nació digital
• mesvilaweb.cat/jmateuimarti
• Ara.cat
• Sónia Fermández Vidal. Doctora en òptica i Informació Quàntica. Programa Retrats de C33.
• Agrupació astronòmica de Sabadell