Una de las consecuencias directas de las predicciones de Einstein sobre la naturaleza dinámica del espaciotiempo es la presencia de ondas gravitatorias. Del mismo modo que cuando una carga eléctrica es acelerada genera ondas electromagnéticas, las ecuaciones de la teoría de la relatividad general predicen que cuando una masa es acelerada por el efecto de ser sometida a un campo gravitatorio, ésta emitirá ondas gravitatorias, una deformación del espaciotiempo que se propaga.
Anteriormente, asemejamos al espaciotiempo como una malla elástica que, al ser cargada con una esfera, el peso de ésta causaba una distorsión en ella. Pensando en esa misma malla, supongamos que una esfera se mueve sobre su superficie elástica, alternando en forma regular entre dos posiciones (Fig.- 05.04.06.01). Asalta la pregunta ¿qué sucede con las distorsiones de la malla? Pues bien, se van a propagar igual a las ondas que se producen en el agua cuando lanzamos sobre ella una piedra. En cuanto al espaciotiempo, al moverse una masa, la distorsión que ésta produce se propagará alejándose de su origen, como se puede distinguir en la figura mencionada. Estas distorsiones son «ondas de curvatura» del espaciotiempo las cuales, al ser recepcionadas por un cuerpo, éste va a estar sometido a una compresión en una dirección y a una expansión en otra, sin una causa aparente. Son las llamadas ondas gravitatorias predichas en la teoría de la relatividad general de Albert Einstein.
Fig.- 05.04.06.01 Las flechas curvilíneas, representan a las ondas de curvatura del espaciotiempo, producidas por la propagación de la distorsión generada por una masa en movimiento.
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La existencia, como una consecuencia emanada de la relatividad de Einstein, de la presencia de ondas gravitatorias en el espacio, sólo indirectamente se ha encontrado que existen, pero aún no se ha podido detectar ninguna directamente en un laboratorio. No obstante, pocos son los que dudan de su existencia. El problema para poder ver una onda gravitatoria – o su correspondiente partícula, el gravitón – estriba tanto en su escasísima energía como en su enorme longitud de onda y, por tanto, poca frecuencia. Estas características sitúan a esas ondas en el límite mismo del poder de resolución de los instrumentos disponibles.
En vista que no ha sido posible detectar directamente las ondas gravitatorias procedentes de un cuerpo planetario o estelar normal y también en laboratorio; los científicos se han centrado en la búsqueda de aquellas que son generadas en condiciones especiales. Se supone que la violencia con que se produce el nacimiento y la muerte de las estrellas es capaz de generar una onda gravitatoria de tal fuerza que se expande por todo el universo. Aunque varios laboratorios insisten en haberlas encontrado, no existen en realidad evidencias duras para creer que lo que registran los instrumentos sean ellas. Hay una forma indirecta de detectar ondas gravitatorias, que consiste en observar los efectos que éstas producen en los movimientos de un sistema binario de estrellas. Se han descubierto estrellas muy masivas y de pequeño tamaño, como las de neutrones, que curvan fuertemente el espacio a su alrededor. Hace unos años se descubrió dos de estas estrellas del tipo pulsar orbitando entre sí, formando un sistema doble, muy común entre las estrellas normales. El hallazgo de este primer «pulsar binario» le otorgó a sus descubridores el premio Nobel. El rápido movimiento de sus masas genera una onda gravitatoria que extrae energía proveniente de la energía cinética del movimiento relativo de los dos pulsares. Se puede calcular la cantidad extraída que se lleva la onda, en función de las masas de ambas estrellas de neutrones, de su distancia mutua y del período orbital de giro. Las dos estrellas, al perder continuamente energía orbital, empiezan a acercarse entre sí, modificando su período de rotación. Por ello, van moviéndose cada vez más rápidamente, lo que ha sido observado. La tasa de este acercamiento, producto de la merma de energía del sistema, corresponde a lo que es emitido como «radiación gravitacional». Ahora, si se consiguiera detectar esas radiaciones del sistema binario y medir su intensidad en la Tierra –para compararla después con la cantidad de pérdida de energía cinética de rotación del sistema– y ambas magnitudes coincidieran, entonces se habría encontrado una prueba dura e irrefutable de la existencia de dichas ondas.
Hace poco tiempo, se han terminado de construir observatorios para detectar directamente ondas gravitacionales generadas por diversos fenómenos en el universo, que seguramente llegan a la Tierra, las que deben producir una minúscula compresión y estiramiento del espacio en direcciones perpendiculares. Las esperanzas se centran hoy en dos avanzados desarrollos tecnológicos. Uno de ellos se basa en una nueva generación de detectores, los interferómetros por láser, que en teoría deberían ser capaces de detectar oscilaciones tan pequeñas como el diámetro de un átomo. Dos haces de rayos láser son colocados en el interior de dos tubos de varios kilómetros de largo dispuestos en ángulo recto. Por medio de un sistema de espejos suspendidos dentro de los tubos, los rayos son reflejados continuamente. Se supone que la onda de gravedad, al atravesar la Tierra, modificará la distancia de los brazos del detector y alterará la fase de los rayos. Esta variación podrá ser recogida y medida. Ya existen varios interferómetros de este tipo en servicio y otros se encuentran en plena construcción –bastante más precisos que los primeros y basados en la vibración de una barra de aluminio– que se instalarán en diversos lugares de la Tierra. Si una onda gravitatoria es detectada, lo será por los dos tipos de interferómetros a la vez, única manera de estar seguros de que cualquier variación registrada por un sólo aparato no esté producida por otro fenómeno.
La otra gran esperanza que existe son los nuevos instrumentos de espectroscopía e imagen directa DOLORES, que se han instalado en el Observatorio del Roque de los Muchachos (La Palma), en el Telescopio Nazionale Galileo (TNG), de 3,58 m y en el Very Large Telescope (VLT), del Observatorio Europeo Austral (ESO), en Chile, los cuales han permitido analizar una serie de peculiares objetos cósmicos en el rango óptico, con la más alta resolución que se ha podido conseguir hasta la fecha en diferentes longitudes de onda.
Con esa tecnología espectroscópica, se ha podido descubrir el objeto estelar RXJ0806.3+1527, hasta ahora conocido como fuente de rayos X, es un sistema binario (del llamado tipo AM CVn) formado por dos estrellas enanas blancas, compuestas por helio de altísima densidad.
Abas estrellas se encuentran orbitando una alrededor de la otra con un período de revolución de tan solo 321 segundos; éste es el período orbital más corto hasta ahora conocido para un sistema estelar doble, según informa el grupo internacional de astrofísicos encabezado por Gian Luca Israel y Luigi Stella, del Observatorio Astronómico de Roma, autores del descubrimiento.
Dado la extrema cercanía en la cual orbitan entre sí ambas estrellas y la envergadura másica que comporta el sistema doble, el objeto RXJ0806.3+1527 se ha convertido en uno de los candidatos más favorable para la detección de ondas gravitatorias de acuerdo con las predicciones de la teoría de la relatividad general de Einstein.
Estos resultados han sido presentados a la comunidad científica internacional el día 22 de febrero del año 2002, a través de una circular de la IAU. El descubrimiento se comenta en la revista científica Science en una nota publicada en su número del 15 de marzo del mismo año.
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