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Ondas gravitacionales

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Ondas gravitacionales
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Presentación

Un par de agujeros negros que han generado las ondas gravitacionales descubiertas recientemente, pudo haber nacido dentro de la misma estrella gigante que tiene una masa equivalente a unos centenares de masas solares. /Publicado por la revista Astrophysical Journal Letters

Las ondas gravitacionales son vibraciones en el espacio-tiempo, el material del que está hecho el universo. En 1916, Albert Einstein reconoció que, según su Teoría General de la Relatividad, los cuerpos más violentos del cosmos liberan parte de su masa en forma de energía a través de estas ondas. El físico alemán pensó que no sería posible detectarlas debido a que se originan demasiado lejos y serían imperceptibles al llegar a la Tierra. Hoy, un grupo de investigadores ha hecho pública la detección por primera vez de estas ondas.

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Contenido

Cómo se comportan las ondas gravitacionales?

Hoyos negros creando Ondas Gravitacionales[1]

Son comparables a las ondas que se mueven en la superficie de un estanque o el sonido en el aire. Las ondas gravitacionales deforman el tiempo y el espacio y, en teoría, viajan a la velocidad de la luz. Su paso puede modificar la distancia entre planetas, aunque de forma muy leve. Como explica Kip Thorne, uno de los pioneros en la búsqueda de estas ondas, estos efectos deben ser especialmente intensos en las proximidades de la fuente, donde se producen "tormentas salvajes" que deforman el espacio y aceleran y desaceleran el tiempo.

De dónde vienen?

De donde vienen las o. gravitacionales.jpg

La ubicación aproximada de la fuente de las ondas gravitacionales, detectada el 14 de septiembre de 2015, por las instalaciones individuales de LIGO, se muestran en este mapa del cielo del hemisferio sur. Las líneas de colores representan diferentes probabilidades desde donde se origino la señal: la línea violeta nos muestra la región, del cual probablemente viene la señal, en un nivel de confianza del 90 por ciento; la línea interior amarilla, define la región Diana, con un nivel de confianza del 10 por ciento.

Los investigadores fueron capaces de encontrar la ubicación, de la fuente de las ondas gravitacionales, utilizando datos de los observatorios LIGO en Livingston, Louisiana, y Hanford, Washington. Las ondas gravitacionales llegaron a Livingston en 7 milisegundos antes de llegar a Hanford. Este retardo de tiempo reveló una porción particular del cielo, o el anillo, de los cuales debe haber surgido la señal. Un análisis más detallado de la intensidad de la señal, que varía en ambos detectores descartó porciones del anillo, dejando el parche restante, que se muestra en este mapa.

Las ondas gravitacionales fueron producidos por una pareja de fusión de agujeros negros situados 1.3 mil millones de años luz de distancia.

Las explosiones estelares en supernovas, las parejas de estrellas de neutrones y otros eventos producen ondas gravitacionales que tienen más energía que billones y billones de bombas atómicas. La fusión de dos agujeros negros supermasivos es la fuente más potente de estas ondas que puede haber, pero estos fenómenos no son muy frecuentes y además suceden a millones de años luz del Sistema Solar. Para cuando las ondas llegan a nuestro vecindario son tan débiles que detectarlas supone uno de los mayores retos tecnológicos a los que se ha enfrentado la humanidad.

Por qué son importantes?

La imagen nos demuestra el movimiento y expansión de las Ondas gravitacionales a través del universo[2]

Abren una nueva era en el conocimiento del universo. Hasta ahora toda la información que tenemos del cosmos (solo conocemos el 5%) es por la luz en sus diferentes longitudes de onda: visible, infrarroja, ondas de radio, rayos X… Las ondas gravitacionales nos dan un sentido más y permiten saber qué está pasando allí donde hasta ahora no veíamos nada, por ejemplo, en un agujero negro.La intensidad y la frecuencia de las ondas permitirá reconstruir qué sucedió en el punto de origen, si las causó una estrella o un agujero negro, qué propiedades tienen esos cuerpos y entender mejor esas tempestades en el espacio-tiempo de las que habla Thorne. También permiten saber si la Teoría General de la Relatividad se mantiene vigente en los rangos de presión y gravedad más intensos que pueden concebirse. Detectar estas ondas por primera vez es un hallazgo histórico que probablemente reciba un premio Nobel de Física.

Qué se ha observado?

El anuncio consiste en que el Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO), en EE UU, ha captado las ondas producidas por la fusión de dos agujeros negros. Sería la primera vez que se captan ondas gravitacionales y esto sucede justo un siglo después de que Einstein predijera su existencia. Hasta ahora solo había pruebas indirectas de estas ondas. En 1978, Rusell Hulse y Joseph Taylor demostraron que un púlsar binario (dos estrellas orbitando juntas, una de ellas un púlsar) estaban cambiando ligeramente su órbita debido a la liberación de energía en forma de ondas gravitacionales en una cantidad idéntica a la que predecía la relatividad. Ambos ganaron el Nobel de Física en 1993. En 2003 se confirmó que lo mismo sucede con otra pareja estelar, en este caso de dos púlsares.

Qué es LIGO?

Es un gran instrumento óptico de precisión desarrollado por los institutos tecnológicos de California (Caltech) y Massachusetts, (MIT) y la Colaboración Científica LIGO[3], en la que participan unos 1.000 investigadores de 15 países, incluida España. La instalación consta de dos detectores láser con forma de L. Cada brazo de esa L tiene cuatro kilómetros y hay dos detectores idénticos, uno en Luisiana y otro a 3.000 kilómetros en el estado de Washington.

Estos detectores llevan buscando ondas gravitacionales desde el año 2002. En septiembre de 2015 comenzó a funcionar el LIGO avanzado, una versión mejorada del detector que multiplica por 10 la sensibilidad de los brazos láser y por tanto la distancia a la que pueden captar ondas gravitacionales. En la actualidad son capaces de identificar diferencias en la longitud de los brazos láser equivalentes a una diezmilésima parte del diámetro de un átomo, la medición más precisa jamás lograda por un instrumento científico, según LIGO.

Observatorios de ondas gravitacionales en el mundo

Se necesitan al menos dos detectores para evitar falsos positivos causados por cualquier vibración local como terremotos, tráfico o fluctuaciones del propio láser. Al contrario que todos ellos, una onda gravitacional causará una perturbación exactamente igual en Luisiana que en Washington.

¿Qué pasará a partir de ahora?

La búsqueda de ondas gravitatorias no ha hecho más que empezar. Con la configuración actual, LIGO puede ver a una distancia de unos 1.000 millones de años luz de la Tierra. El equipo va a hacer nuevas mejoras tecnológicas para aumentar su sensibilidad. En otoño de 2016 se espera que comience a funcionar una versión mejorada de VIRGO, el detector europeo que debería captar señales idénticas a LIGO. La Agencia Espacial Europea ya prepara LISA, un observatorio espacial de ondas gravitacionales. A su vez, LIGO alcanzará su máxima potencia en 2020.

La noticia del descubrimiento: Descubierta la primera señal de ondas gravitacionales

Un experimento en EE UU asegura ser el primero en confirmar la existencia del "sonido del universo" predicho por Albert Einstein Según la Teoría General de la Relatividad hay objetos que convierten parte de su masa en energía y la desprenden en forma de ondas que viajan a la velocidad de la luz y deforman a su paso el espacio y el tiempo. La fuente de ondas gravitacionales por antonomasia es la fusión de dos agujeros negros supermasivos, uno de los eventos más violentos que han existido después del Big Bang. El genio alemán las predijo en 1916 pero también advirtió de que, si realmente hay fusiones de este tipo, suceden tan lejos que sus vibraciones serían indetectables desde la Tierra.

Los responsables del Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO), en EE UU, han anunciado hoy que han captado las ondas producidas por el choque de dos agujeros negros, la primera detección directa que confirma la teoría de Einstein. El anuncio se ha hecho en una conferencia de prensa celebrada en Washington y retransmitida por Internet. Los resultados científicos han sido aceptados para su publicación en Physical Review Letters, según ha informado en una nota en Instituto Tecnológico de California (Caltech).

"Señoras y señores, hemos detectado las ondas gravitacionales. Lo hemos conseguido", ha exclamado el director ejecutivo del LIGO, David Reitze. "Hemos tardado meses en ver que realmente eran las ondas gravitacionales, pero lo que es verdaderamente emocionante es lo que viene después, abrimos una nueva ventana al Universo", añadió.

La primera señal se captó el 14 de septiembre en los dos detectores idénticos de este experimento, situados uno a 3.000 kilómetros del otro. La señal venía de una fusión que sucedió hace 1.300 millones de años y consistió en el violento abrazo de dos agujeros negros cuya masa es entre 29 y 36 veces mayor a la del Sol. Los dos agujeros se fundieron en uno liberando una energía equivalente a tres masas solares, que salió despedida en forma de ondas gravitacionales en una fracción de segundo. Y todo este proceso de masa transformándose en energía en fracciones de segundo lo describe a la perfección la ecuación más famosa del mundo E=mc2 [La energía es igual a la masa por la velocidad de la luz al cuadrado].

El hallazgo abre un nuevo camino en astronomía. Hasta el momento esta se ha centrado en la luz en todas sus variantes conocidas, pero estas ondas son comparables al sonido y permiten estudiar objetos que eran totalmente invisibles hasta ahora, especialmente los agujeros negros.

Nuestros oídos empiezan a escuchar “la sinfonía del universo”, en palabras de Alicia Sintes, física de la Universitat de les Iles Balears (UIB) y líder del único grupo español que ha participado en el hallazgo. “Es un descubrimiento histórico, que abre una nueva era en la comprensión del cosmos”, ha resaltado.

Su equipo ha realizado simulaciones con superordenadores que reproducen, según la ley de la relatividad, todos los fenómenos que podrían producir estas ondas: parejas de estrellas de neutrones, supernovas, agujeros negros... Esas simulaciones se han comparado con la frecuencia de la señal real que capta el LIGO y así se sabe qué ha pasado exactamente, cuál es la fuente de las ondas, cómo está de lejos, etc.

“Es parecido a esas aplicaciones que escuchan una canción en un bar y te dicen el artista y el nombre del tema aunque haya mucho ruido alrededor”, explica Sascha Husa, investigador de la UIB y desarrollador de las simulaciones. “Aparte del Big Bang, las fusiones de agujeros negros son los sucesos más luminosos del universo”, asegura.

Confirmar a Einstein no es lo más importante. Este hallazgo abre ahora la posibilidad de usar estas ondas para estudiar el universo de una forma totalmente nueva. Las ondas gravitacionales permitirán estudiar “cómo se forman los agujeros negros, cuántos hay y también conocer en más detalle el ciclo vital de las estrellas y del universo”, resalta Husa. Más aún, este tipo de señales mostrarán si estos violentísimos sucesos ocurren tal y como predice la teoría de la relatividad de Einstein o si debemos buscar otra nueva para entenderlos. [4]

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