¿Por qué es importante la detección de ONDAS GRAVITACIONALES?
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Cita
Con el reciente descubrimiento de Ondas Gravitacionales traigo otro post de mi querido Ciencia de Sofa. Fué escrito antes de la confirmación.

Actualización [11/02/2016]: los responsables del LIGO acaban de confirmar en una rueda de prensa que se ha confirmado la detección de ondas gravitacionales. ¡Tenedlo en cuenta mientras seguís leyendo este artículo, escrito antes de conocer los resultados!
A menos que viváis en una piña debajo del mar, esta semana habréis visto titulares por todos lados anunciando que┬áse han detectado┬áondas gravitacionales┬ácon el┬áLaser Interferometer Gravitational-Wave Observatory┬á(LIGO).

No, si ya┬álo he visto, ya. ¿Por qué se empeñan en insistir tanto en noticias que no me importan lo más mínimo?

Pero bueno,┬ávoz cursiva, no sales en una entrada y┬áa la siguiente vuelves con la actitud del ácido sulfúrico. Dame un momento┬ápara que te explique la importancia de este descubrimiento y te prometo que lo vas a ver con otros ojos.

Venga, va, te doy unos cinco minutos, que hoy llevo mucho lío mirando fotos de gatos por internet.

En primer lugar, parece ser que┬áestas noticias┬áestán basadas en┬áun tweet┬ádel astrofísico Lawrence Kraussen el que decía que le habían confirmado unos rumores sobre la detección de ondas gravitacionales en el LIGO, pero┬ála propia institución no ha confirmado nada al respecto┬áporque aún necesitan comprobar muchos datos y aún┬áno pueden decir si las han detectado realmente o no. Al parecer, Krauss sólo quería emocionar un poco al público porque, si al final resulta┬áque los resultados eran correctos, más gente sabrá┬áde qué va┬áel tema y más alcance tendrá┬áel anuncio.
Total┬áque, aunque de momento no se ha confirmado, esta noticia podría ser┬áuna realidad┬áen un futuro cercano.

Está bien, entonces replanteo mi pregunta: ¿por qué deberá importarme el descubrimiento de las ondas gravitacionales en un futuro cercano?
Muy buena pregunta.

En┬áeste artículo┬áque publiqué hace poco hablaba sobre┬ála velocidad a la que┬áse transmite la gravedad y explicaba que, en realidad,┬ála gravedad no es una fuerza que aparece de manera instantánea entre dos cuerpos, como Newton había postulado, sino┬ála una deformación┬áproducida por cualquier masa sobre el propio tejido del espacio-tiempo, en el que está contenida toda la materia del universoÔǪ O, al menos, eso es lo que predice la teoría de la relatividad de Einstein.

[Imagen: relatividad2d3d.jpg]

El espacio-tiempo suele representarse como una lámina plana deformada como en la imagen de la izquierda, aunque el fenómeno real sería más parecido a la imagen de la derecha, porque el espacio es tridimensional.

Según la teoría de la relatividad,┬ála deformación del espacio-tiempo provocada por un cuerpo muy masivo debería poder desviar los rayos de luz, algo que una┬áfuerza┬ágravitatoria┬áno podría hacer, porque la luz no tiene masa. Y eso es, precisamente, lo que se observó durante un eclipse en 1919 en el que la posición de las estrellas que rodean el sol cambiaba ligeramente, lo que es una señal de que la teoría de Einstein es una interpretación más precisa┬áde┬ála naturaleza de la gravedad.┬áExplicaba este descubrimiento con más detalle en┬áesta otra entrada sobre la teoría de la relatividad especial y la película Interstellar.
La cuestión es que la teoría de la relatividad de Einstein también predice que, igual que un barco crea olas a su paso mientras navega por el mar,┬áun cuerpo muy masivo que se mueva a través del espacio debería hacer que el tejido espacio-tiempo ondule a su alrededor, generando┬áÔÇ£ondas gravitacionalesÔÇ£. Pero la┬áexistencia de estas ondas aún no se ha podido demostrar así que,┬áde llegar a confirmarse su detección, ya no cabría duda de que la teoría de Einstein describe el universo correctamente┬áo, al menos, de que vamos bien encaminados en nuestro periplo por descubrir la naturaleza de la realidad.
Este descubrimiento no sólo nos ayudaría a entender mejor el universo, sino también a mejorar la teoría de la relatividad y hacerla aún más precisa.┬áPero, además,┬ási aprendemos a detectar y medir┬áondas gravitacionales tendremos a nuestra disposición una herramienta que nos permitirá estudiar┬áfenómenos que hasta ahora no hemos podido observar directamente.
Me explico.
Para estudiar el universo, analizamos┬álos distintos tipos de┬áluz que llegan hasta la Tierra┬ádesde todos los cuerpos que nos rodean┬á(estrellas, planetas, asteroides, nebulosasÔǪ) y┬áeso┬ános permite deducir un montón de cosas de ellos: su distancia, su composición química, su velocidad, si hay planetas dando vueltas a su alrededor en el caso de las estrellasÔǪ


Un momento, has dicho ÔÇ£distintos tipos de luzÔÇØ. ¿De qué estás hablando exactamente?


Ah, bueno, claro, es que la luz visible representa una fracción diminuta de┬áun fenómeno mucho más amplio. En realidad┬ála luz es una forma de radiación electromagnética, un tipo de ondas formadas por un campo eléctrico y uno magnético que oscilan┬áy, dependiendo de la frecuencia de estas oscilaciones, la radiación resultante puede tener unas propiedades muy distintas.┬áEsto lo comentaba con más detalle┬áen esta otra entrada┬ápero, en resumen, existen un montón de ÔÇ£tipos de luzÔÇØ que nuestros ojos no pueden detectar.




[Imagen: ondas.png]
Por ejemplo,┬áel ojo humano puede detectar la radiación electromagnética que realiza estas oscilaciones en espacios┬áde entre 380 y 800 nanómetros┬á(mil millonésimas de metro). Este parámetro es la llamada longitud de onda y nuestros ojos traducen las longitudes de onda mayores como colores más rojizos y las menores como tonos más azulados y violetas. Entre estos límites se encuentran┬áel resto de longitudes de onda que corresponden a los otros┬ácolores que somos capaces de distinguir.
Nuestros ojos no pueden detectar la luz que está fuera de estos intervalos. La luz tiene una longitud de onda mayor a 800 nanómetros es la radiación infrarroja, llamada así porque se trata de las longitudes de onda que se encuentran más allá del color rojo en el espectro electromagnético.┬áLo mismo pasa con las longitudes de onda menores┬áque la del color violeta, la radiación ultravioleta.
O sea, que nuestros ojos son incapaces de detectar una cantidad inmensa de la información que nos rodea, lo que está muy bien para sobrevivir en la naturaleza, pero no basta para estudiarla. Por suerte,┬ápodemos detectar todas estas longitudes de onda invisibles utilizando┬ácámaras son capaces de detectarlas y traducirlas a colores somos capaces┬áde observar.
[Imagen: Wiki_stranglesnake.jpg]
Imagen infrarroja de una serpiente enrollada alrededor del brazo de un humano. (Fuente)
Y esto es estupendo, porque┬ácada tipo de radiación electromagnética┬ános puede ofrecer mucha información sobre el objeto que la está emitiendo.
Por ejemplo,┬ácuanto más caliente se encuentra un cuerpo, más energética será le energía que emite, lo que se traduce en la emisión de una radiación con una longitud de onda menor. Por ejemplo, el cuerpo humano brilla constantementeÔǪ Pero no en luz visible, sino en luz infrarroja. Si aumentas lo suficiente la temperatura de un objeto, empezará a emitir un brillo rojizo cuando alcance┬áunos cientos de grados.┬áA una temperatura aún mayor, el color del objeto se volverá cada vez más azulado y┬áemitirá┬ágran parte de su energía en forma de radiación electromagnética más energética, como luz ultravioleta o rayos X.
Por tanto, analizando qué tipo de energía electromagnética emite un cuerpo celeste, podemos conocer┬ásu temperatura┬áy deducir si se trata de una débil estrella enana roja, una gigante azul muy caliente o una estrella de neutrones rodeada de una nube de material a un millón de grados de temperatura, tan caliente que tan sólo emite rayos X.
Además,┬ácomo los distintos tipos de radiación electromagnética┬áse comportan de manera distinta al interaccionar con la materia, ciertas longitudes de onda nos permiten observar unos fenómenos que otras no nos dejan. Por ejemplo, la luz visible emitida por una estrella que se encuentre detrás de una nebulosa┬áserá incapaz de atravesar el gas y el polvo que la componen, así que quedará tapada por completo de nuestra vista. Pero la radiación infrarroja emitida por esa estrella sí que es capaz de atravesar las nubes de gas interestelar, así que┬ási miramos en esa misma dirección con un detector infrarrojo, la nebulosa┬áse vuelve transparente y podemos ver y estudiar esa estrella sin problemas.
[Imagen: carina-big.jpg]

Dos imágenes de la nebulosa Carina, tomadas en luz visible e infrarroja. (Fuente)

Vaya, menuda herramienta más útil┬ápara estudiar el cielo es esto de las distintas longitudes de onda.
Sí, la verdad es que sí. Pero, aún así,┬áhay cosas que de las que┬áno vamos a poder obtener información mediante ningún tipo de radiación electromagnética.
Un buen ejemplo son los┬áagujeros negros, que no dejan escapar┬áningún tipo de radiación electromagnética desde su interior porque┬ála┬ásingularidad┬áque contienen┬áen su┬ácentro está rodeada por una región┬áen la que el espacio-tiempo está tan curvado que ni siquiera la radiación electromagnética, ya sea luz o la correspondiente a cualquier otra┬álongitud de onda, puede escapar. Esta región está delimitada por el llamado horizonte de sucesos y, si queréis saber más sobre agujeros negros, hablaba sobre┬áellos en┬áesta entrada,┬áesta otra┬áy┬áesta otra.
O sea que, sin radiación electromagnética que provenga de su interior, no tenemos manera de saber qué ocurre tras el horizonte de sucesos de un agujero negro.
Y aquí es donde entraría el descubrimiento de las ondas gravitacionales.
La gran masa concentrada en puntos diminutos de los agujeros negros┬ágenerará┬ágrandes┬ádistorsiones en el tejido del espacio-tiempo que las rodea a medida que se mueven a través de él, igual que el paso de un transatlántico producirá olas mucho mayores┬áque el de una lancha. Y estas ondas┬ásí que saldrían del horizonte de sucesos y podrían propagarse┬ápor el universo como olas, igual que cualquier otro tipo de radiación electromagnética. Por tanto,┬ási conseguimos detectar las ondas gravitacionales, estas┬áondulaciones┬ádel tejido del espacio-tiempo, podríamos obtener┬áinformación sobre los agujeros negros┬áque es imposible deducir┬ámediante su observación a través de la radiación electromagnética.
Uala, eso es bastante radical.
Pues agárrate┬ábien los pantalones y túmbate en el suelo,┬ávoz cursiva, porque┬álas ondas gravitacionales también podrían ofrecernos┬áinformación sobre el propio origen del universo.
¿Qué me dices?
Como lo oyes.
Muchos habréis oído que, en realidad,┬ámirar el cielo es como remontarse al pasado. Y es verdad: como la velocidad de la luz es finita, de unos 300.000 kilómetros por segundo, tarda un tiempo en recorrer las┬ádistancias┬áque lo separan todo en el universo y que son tan abrumadores que este tiempo pueden ser miles, millones o incluso miles de millones de años. De ahí el término ÔÇ£año luzÔÇØ para referirse a las distancias espaciales: un año luz equivale a la distancia recorrida por la luz en un año, que son unos 10 billones de kilómetros.
A su vez, el año luz también te dice con cuánto retraso estás viendo ese objeto: la estrella más cerca a la Tierra, Alfa Centauri, se encuentra a 4 años luz de distancia, lo que significa que la observamos tal y como era hace 4 años. Cuanto más lejos esté el objeto, más nos estaremos remontando en el pasado al mirarlo. La galaxia Andrómeda, por ejemplo, a 2 millones de años luz de distancia, la vemos tal y como era hace 2 millones de años.
La galaxia más lejana que se ha observado┬áse encuentra a 13.100┬ámillones de años luz. O sea, que teniendo en cuenta que el universo lleva existiendo unos 13.800 millones de años, hoy en día vemos cómo era esa galaxia 700 millones de años después del Big Bang, lo que nos permite estudiar cómo era el universo ÔÇ£pocoÔÇØ después de su formación.
Pero aquí viene un giro conceptual que responderá a muchas preguntas que me habéis hecho por e-mail (jordipereyra@cienciadesofa.com) sobre el tamaño del universo.
Los objetos tan lejanos como esta galaxia no se encuentran┬árealmente┬áa esas distancias. Esta galaxia que he mencionado no está a 13.100 años luz de la Tierra┬áa día de hoy, sino mucho más lejos,┬áporque durante el tiempo que la luz ha tardado en llegar hasta nosotros, la galaxia se┬áha estado alejando cada vez más deprisa, alcanzando casi 292.000 kilómetros por segundo en la imagen de ella que vemos en la actualidad, lo que equivale a un 97% de la velocidad de la luz.
Espera, esto me suena un poco raro. Creía que ningún objeto con masa podía acercarse demasiado a la velocidad de la luz porque acelerarlo hasta esas velocidades consumía un montón de energía. ¿Cómo puedes┬áacelerar una galaxiaentera┬áa esa velocidad?
Sí, es un concepto un poco raro si te pilla por primera vez. Lo que pasa es que se ha observado que,┬ácuanto más lejos se encuentran dos puntos en el universo, mayor es la┬ávelocidad a la que se alejan┬áentre síÔǪ┬áHasta el punto de que se pueden separar incluso a┬ávelocidades superiores a las de la luz.
Pese a que lo que mucha gente piensa, que el Big Bang no fue una especie de┬áexplosión que lanzó materia volando por los aires en todas direcciones. En realidad,┬áel Big Bang┬á(del que hablaba en┬áesta entrada)┬áfue un proceso de expansión┬áen el que el propio espacio empezó a expandirse rápidamente (y sigue haciéndolo), arrastrando con él toda la materia que contiene. Como no hay ninguna ley física que impida que el propio espacio expanda┬áa la velocidad de la luz,┬ádos galaxias pueden estar alejándose entre sí a velocidades superiores a las de la luz, arrastradas por el tejido del espacio se expande entre ellas.
Se puede┬áentender┬ámejor la situación imaginando que nos arrastra un río: aunque sólo fuéramos capaces┬áde nadar a 1 km/h, por poner una cifra, la corriente┬ános podría arrastrar a una velocidad mucho mayor de la que somos capaces de alcanzar por nuestros propios medios.
El hecho de que las galaxias┬ámuy lejanas se puedan alejar de nosotros a velocidades superiores a las de la luz también┬ádelimita el tamaño del universo observable: como mucho, podremos observar regiones del espacio que se estén alejando de nosotros a una velocidad menor a la de la luz y no podemos detectar la luz emitida desde zonas que se alejan a velocidades superiores a las de la luz, porque el espacio que hay entre nosotros se expande más rápido de lo que la luz puede recorrerlo.


[Imagen: tama%25C3%25B1ouniverso.jpg]
Este es el motivo por el que, pese a que el universo tiene tan sólo 13.700 millones de años de edad,┬áel diámetro del universo observable┬áes de 93.000 millones de años luz. Pero, repito,┬áesto no significa que en este momento podamos┬áver la luz de los objetos que se encuentran a 70.000┬ámillones de años luz, por decir algo, sino que somos capaces de distinguir la luz que emitieron┬áhace mucho tiempo,┬ácuando aún no estaban tan lejos.
El caso es que nos podemos remontar en el pasado y estudiar la historia del universo encontrando objetos cada vez más lejanos, pero nos encontramos con┬áun problema muy gordo que nos impide remontarnos a épocas anteriores a 300.000 años después de la formación del universo: desde el momento en el que se formó hasta entonces, las condiciones extremas del universo primigenio impedían que cualquier forma de radiación electromagnética se moviera┬ápor el espacio┬ásin interaccionar con ningún átomo, así que┬áel universo fue opaco durante todo este tiempo. Por tanto, no tenemos a nuestra disposición ninguna fuente de┬áluz que nos permita estudiar el universo ÔÇ£recién nacidoÔÇØ.
Pero┬álas ondas gravitacionales provocadas por la materia en aquella época no se verían afectadas por la ÔÇ£opacidadÔÇØ del universo, así que hoy en día podríamos seguir detectándolas y nos darían mucha información sobre el universo temprano┬áque, hasta ahora, no teníamos manera de obtener.
Esto es todo lo que te puedo decir sobre las implicaciones que tiene en la astronomía el descubrimiento de las ondas gravitacionales,┬ávoz cursiva. ¿Se te ha pasado ya la mala leche?
¿Eh? Ah, perdona, me he puesto a ver vídeos de gatos y no te estaba escuchando.
No sé qué voy a hacer contigo.
(Ultima edición: 13-02-2016 18:07 por Revoc.)
#2
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Muy buen artículo, aunque se va por las ramas con el tema de los diferentes espectros lumínicos.
[Imagen: lqk2Ln1.jpg]
#3
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Si que se va bastante si, me lo he leído dos veces hace unos días y ya no lo recuerdo XD
#4
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Dejo tambien este video, aunque no lo he visto entero, pero solo por el negro carismatico de Cosmos vale la pena.

#5
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Dios Makstery ese vídeo me ha puesto cachondo, puto Neil es un dios.
#6
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Gran post y gran video, gracias por los aportes. Todo este tema me vuelve loquisimo, de verdad
[Imagen: firma.jpg]
Miembro de la iglesia Pachteriana. ¡ALABADO SEA EL PROFETA!


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