¿Qué es la radiación gravitatoria?

Se trata de un tipo de onda predicho por la Relatividad General, nuestra actual teoría de la Gravedad. Las emiten los cuerpos masivos cuya forma cambia con el tiempo. Sin embargo, tal radiación resulta, en general, demasiado débil para ser perceptible. Para resultar significativa, debe estar asociada a cuerpos con mucha masa que se mueven a gran velocidad, por ejemplo, sistemas binarios de agujeros negros, estrellas de neutrones o enanas blancas. Hasta ahora sólo hemos medido la gravedad en situaciones en las que es relativamente débil, como en el Sistema Solar. Desde un punto de vista experimental, conocemos muy poco de su comportamiento en zonas donde es muy intensa. Estas ondas gravitatorias nos permitirán acceder a alguno de los fenómenos más violentos ocurridos en el Universo desde el Big Bang. Podremos estudiar, por ejemplo, el choque de dos agujeros negros. También posibilitarán el estudio de los materiales que componen objetos compactos del Universo, como las estrellas de neutrones.

José Luis Jaramillo

Sin embargo, esa radiación resulta sólo un planteamiento teórico, porque hasta ahora no se ha detectado…

Sólo se ha detectado de forma indirecta. En 1974, Hulse y Taylor localizaron el primer pulsar binario, es decir, un sistema formado por dos estrellas de neutrones orbitando una alrededor de la otra. Observaron que el tiempo necesario para completar una órbita disminuía progresivamente, lo que evidenciaba una pérdida de energía en el sistema binario. De ahí se deduce la existencia de radiaciones gravitatorias. Este descubrimiento le valió el Nobel a sus descubridores. Hoy aceptamos la existencia de este tipo de ondas, pero ningún aparato las ha detectado aún.

¿Qué importancia tiene localizar estas radiaciones?

Además de representar una confirmación fundamental de la Relatividad General, y siempre desde un punto de vista de investigación básica, tal radiación supondría una nueva fuente de información astrofísica. Estas ondas nos proporcionarían datos complementarios a los que ofrece la luz (o de forma más general la radiación electromagnética), ya que se trata de una radiación de una naturaleza distinta a ésta. Por un lado, para la gravedad no existen cuerpos opacos, de ahí que con estas ondas podamos acceder a regiones del espacio que no observamos con la luz. Nos abriría una nueva ‘ventana’ al Universo. Por otro lado, si la radiación electromagnética nos permite precisar con exactitud la posición de un objeto y estudiar sus propiedades a pequeña escala, complementariamente estas radiaciones gravitatorias nos dan información sobre el movimiento del objeto en su conjunto. En un símil con un autobús, la luz nos permitiría determinar los individuos y su movimiento dentro del vehículo y la radiación gravitatoria ofrecería información sobre el desplazamiento y 'cambio de forma' del bus al completo. En ciertos aspectos cualitativos, algunas propiedades de las ondas gravitatorias se asimilan mejor a las del sonido que a las de la luz.

¿Cómo se pueden detectar estos fenómenos?

Aunque se han realizado grandes avances durante los últimos treinta años, hasta hace muy poco no existía una tecnología capaz de detectar estas radiaciones. Hoy sí contamos con interferómetros láser para medir las ondas. Estos instrumentos, con nombres como LIGO, GEO600, VIRGO o TAMA, están distribuidos por todo el planeta. Para validar la detección de la radiación, ésta debe ser confirmada por el conjunto de estas ‘antenas gravitatorias’. Nosotros participamos en el programa de LISA, un interferómetro estadounidense-europeo que se lanzará al espacio a lo largo de la próxima década.

¿En qué medida participa el Instituto de Astrofísica de Andalucía en esa investigación?

El contexto específico en el que se enmarca nuestro trabajo es la predicción teórica de la forma de las ondas emitidas por las fuentes de radiación, especialmente binarias de agujeros negros. Tales predicciones son claves tanto para la detección de este tipo de radiación por los interferómetros, como para el análisis posterior de los datos experimentales obtenidos. Esta investigación se acomete en colaboración con otros centros nacionales (como el Departamento de Astrofísica de la Universidad de Valencia) e internacionales.

Si finalmente LISA y el resto de interferómetros no detectan radiación gravitatoria alguna, ¿qué repercusiones tendría?

Existe una cierta incertidumbre teórica sobre la frecuencia a la que ocurren estos fenómenos. Si finalmente no se detectan ondas gravitatorias habría que replantear nuestra comprensión de la teoría actual de la gravedad, porque se pondría en tela de juicio una predicción fundamental de la Relatividad General. Por otra parte, la detección positiva abriría un nuevo campo de trabajo: la Astronomía de radiación gravitatoria. Este disciplina de investigación, se convertiría en una rama más de la Astrofísica.

Estos experimentos permitirían descubrir más datos sobre los agujeros negros, pero ¿qué son exactamente estos grandes desconocidos del Universo?

Se trata de regiones del espacio, muy compactas y que albergan una gran masa, que no son capaces de enviar ninguna señal a un observador lejano. Se llaman agujeros negros precisamente porque la gravedad es tan intensa que ni siquiera la luz puede escapar.

¿Cuántos agujeros se pueden detectar en el universo?

Aunque resulta muy difícil precisar el número de agujeros negros, se puede dar una estimación aproximada en función del número de estrellas de una galaxia. En el caso de la Vía Láctea, ésta alberga aproximadamente 100 millones de agujeros negros ‘estelares’ y, en el Universo observable, existen unos diez elevado a diecinueve.


Más información:

José Luis Jaramillo Martín
Instituto de Astrofísica de Andalucía
Tlf: 958 121 311
Email: jarama@iaa.es