Hace 100 años, el físico alemán Albert Einstein predijo la existencia de ondas gravitacionales como parte de su Teoría General de la Relatividad. Durante décadas, científicos de todo el mundo habían intentado, sin éxito, detectar estas ondulaciones, fundamentales para entender las leyes del Universo, y que muestran cómo los objetos hacen que el espacio-tiempo se curve. Hasta ayer.

Investigadores del observatorio estadounidense LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) comprobaron directamente la existencia de las líneas gravitacionales predichas por Einstein hace un siglo, según anunciaron en Washington. Lo que supone un avance mayúsculo para la física que abre una nueva ventana al universo -a la astronomía y cosmología- y sus misterios.

«Este paso adelante marca el nacimiento de un dominio enteramente nuevo de la astrofísica, comparable al momento en que Galileo apuntó por primera vez su telescopio hacia el cielo» en el siglo XVII, afirmó France Cordova, directora de la Fundación Nacional Estadounidense de Ciencias, entidad que financia el laboratorio LIGO.

Estas ondulaciones se producen por los efectos del desplazamiento de una masa enorme, lo que ocasiona que el espacio se comprima y estire. Se propagan en el vacío a la velocidad de la luz y distorsionan el espacio-tiempo, de forma parecida a las ondas que ocasiona una piedra que se lanza al agua. Así, los eventos más dramáticos o catastróficos -tales como explosiones de supernovas y fusiones de agujeros negros- deben producir las olas más fuertes. Estos bucles se distorsionan en el espacio-tiempo y luego irradian hacia fuera a la velocidad de la luz.

Lo que el observatorio LIGO consiguió fue captar la huella de la fusión de dos agujeros negros. Esta prueba confirma la existencia de las ondas gravitacionales, la última gran predicción de la Teoría de la Relatividad de Einstein que aún quedaba por constatar de forma directa. Y además supone el inicio de una nueva era en la astronomía, afirmaron los expertos.

«Hemos construido un nuevo tipo de telescopio y logramos abrir un campo totalmente nuevo», destacó el padre fundador del sistema LIGO, el profesor Rainer Weiss, del Instituto de Tecnología de Massachusetts. Por primera vez se han podido observar directamente agujeros negros, destacó la profesora Alessandra Buonanno, directora de Física Gravitacional en el Instituto Max Planck de Potsdam, Alemania.

Por lo general, este fenómeno es tan débil que Einstein no creía que pudiese medirse. Aun así, los físicos intentaban desde hace 50 años encontrar una prueba directa de su existencia, aunque todos los hallazgos reportados hasta ahora eran inconsistentes.

Sin embargo, apenas se dudaba de su existencia. En 1974 los astrónomos estadounidenses Russell Alan Hulse y Joseph Taylor descubrieron un sistema binario compuesto por dos estrellas de neutrones que orbitan una muy cerca de la otra. Su período de revolución se reduce lentamente, lo que se explica con la pérdida de energía a través de las ondas gravitacionales. Ambos investigadores recibieron el Premio Nobel de Física en 1993 por esta demostración indirecta.

La primera comprobación directa se ha conseguido ahora en el LIGO de Livingston. «Hemos observado las cuatro últimas revoluciones de dos agujeros negros antes de que se fusionasen», explicó el profesor Bruce Allen, director en el Instituto Max Planck de Física Gravitacional de Potsdam y Hannover. Esta institución alemana participa en la investigación con LIGO y ha contribuido al observatorio con tecnología.

Según Allen, la señal es muy clara y no deja lugar a dudas de que es una comprobación directa del hallazgo. Fueron precisamente dos científicos del Instituto Max Planck de Hannover los primeros que detectaron las señales.

«¡Al principio ambos pensaron que se trataba de una prueba artificial, ya que la señal era demasiado buena! Pero después investigamos y no se había llevado a cabo ninguna prueba», narró Allen.

Un duro proceso.

Una vez recogidas las mediciones, los expertos de LIGO procedieron a analizar esos datos y a corroborar su autenticidad. Para Allen esta confirmación es uno de los descubrimientos más importantes de la física en las últimas décadas.

«La señal parece como sacada de un libro de texto», añadió el profesor Karsten Danzmann, también director en el Instituto Max Planck de Hannover. «Parece exactamente una solución a las ecuaciones de campo de Einstein».

Mediante la comparación de la forma y de la intensidad de la señal con las simulaciones de cálculos, los científicos pueden determinar la naturaleza de la fuente que emite las ondas.

Según esos análisis, la fusión observada de los agujeros negros se produjo a unos 1.300 años luz de distancia, en dirección a la constelación Dorado (o Pez Espada), explicó Danzmann.

Los dos agujeros negros tenían 29 y 36 veces más masa que el Sol, pero el resultante de su fusión es equivalente a solo 62 masas solares. Esto se debe a que las tres masas de diferencia fueron irradiadas en forma de energía de ondas gravitacionales, según la equivalencia entre masa y energía establecida por Einstein en su Teoría General de la Relatividad.

LIGO ha sido capaz de medir estas vibraciones con ayuda de dos brazos de cuatro kilómetros de longitud colocados en forma perpendicular. Si se detecta una onda gravitacional, los brazos del LIGO se comprimen y estiran.

Los agujeros negros fusionados comprimieron la instalación tan solo una milésima del grosor del núcleo de un átomo de hidrógeno, suficiente como para que el detector funcionase.

Para la profesora Buonanno, la medición directa de estos bucles supone una nueva herramienta fundamental para la investigación del Universo.