explorador cósmico

Los detectores de ondas gravitacionales se parecen a oídos muy sensibles: captan el temblor del espacio cuando, en algún lugar del universo, chocan agujeros negros o estrellas de neutrones. Pero incluso los mejores «oídos» no oyen todo. El nuevo proyecto LIGO A# es como cambiar el tímpano por una membrana más fina y sensible.

La superficie tranquila de un lago de repente se cubre de ondas: en algún lugar de la profundidad se ha derrumbado una roca submarina. El agua tiembla apenas perceptiblemente y los círculos se expanden cada vez más, hasta llegar al flotador de la orilla.

En algún lugar de las profundidades de la Vía Láctea, de vez en cuando estallan pulsos de radio: raros, pausados, como los golpes de un metrónomo lejano. Estos transitorios de radio de período largo se descubrieron hace muy poco y de inmediato dejaron perplejos a los astrónomos.

En el final de la vida de una estrella masiva, su núcleo colapsa en fracciones de segundo, dando origen a un destello de supernova. Este cataclismo sacude el propio espacio-tiempo: emite ondas gravitacionales, ondas que atraviesan el Universo.

Se puede enviar un pulso de radio corto hacia un agujero negro y esperar el eco reflejado. Parecería que cuanto más corta sea la señal, mejor sondeará los detalles más finos del espacio cerca del horizonte, esa región de la que ni siquiera la luz escapa. Pero la naturaleza tiende una trampa: una onda ultracorta atraviesa casi por completo la barrera gravitatoria y se pierde dentro del agujero.

La campana no suena por el golpe, sino por el estremecimiento fugaz del espacio. Una onda gravitacional, como una onda en un estanque, atraviesa un imán masivo y este se deforma ligeramente. Esa deformación se puede convertir en una señal eléctrica.

Un café ruidoso. Intentas distinguir dos conversaciones en voz baja: una, en la mesa junto a la ventana (fusiones de agujeros negros); la otra, un susurro apenas perceptible desde el rincón más lejano (ecos del nacimiento del universo). Pero todo lo ahoga el zumbido de la máquina de café y el estruendo de la calle (las vibraciones de los detectores).

Una peonza que da cien vueltas por segundo de repente empieza a perder velocidad bruscamente, mucho más rápido que cualquier peonza conocida. Así se comporta el púlsar J0435+3233. Es una estrella muerta, comprimida hasta el tamaño de una ciudad, pero girando a una velocidad vertiginosa.

Dos pequeñas pesas, cada una del peso de un grano de arena, cuelgan en la oscuridad a una temperatura más fría que el espacio exterior. No se tocan, pero entre ellas hay un hilo invisible: la gravedad. El experimento que ahora construyen los físicos debe captar el momento en que ese hilo tira de una pesa debido al movimiento de la otra.

En 2034, desde un cosmódromo despega un cohete con una carga inusual: dos esferas del tamaño de un globo terráqueo grande, cada una de casi una tonelada. Sin motores, sin electrónica. Solo una superficie especular compuesta por cientos de reflectores de esquina: diminutos prismas que devuelven la luz exactamente hacia donde vino. Este es el futuro diapasón cósmico.

Un rayo láser en un túnel de varios kilómetros tiembla al paso de una onda gravitacional, pero tiembla de forma apenas perceptible, en fracciones del diámetro de un protón. Para escuchar ese susurro del cosmos, los físicos exprimen de la luz todo lo que pueden.

Un par de estrellas de neutrones, entrelazadas por un cerrojo gravitacional, traza círculos invisibles en el vacío. Hace cien años, Albert Einstein describió esta danza como ondas de geometría curvada, pero durante mucho tiempo solo pudimos seguirla con el rabillo del ojo, a través del parpadeo febril de los pulsos de radio.

El universo está impregnado de masa invisible: la materia oscura, cuya existencia fue propuesta por primera vez por Fritz Zwicky en la década de 1930, al observar el movimiento de las galaxias en los cúmulos.

En 2015, los detectores captaron por primera vez una onda gravitacional —un estremecimiento del espacio que llegó desde la fusión de agujeros negros. Desde entonces, estas señales se han convertido en una nueva ventana al universo para la astrofísica.

Cuando una galaxia lejana nos envía su luz, esta se atenúa con la distancia — y por esa atenuación podemos saber a qué distancia se encuentra. Más o menos así funcionan las ondas gravitacionales: cuanto más lejos está su fuente, más débil es el temblor del espacio que captan los detectores en la Tierra.

Los púlsares son estrellas muertas que giran con un ritmo impecable. Sus destellos de radio son más precisos que relojes atómicos. Sin embargo, las ondas gravitacionales —ondulaciones del tejido del espacio-tiempo, predichas por Einstein— desajustan ese ritmo.

Fue Edwin Hubble quien descubrió que las galaxias se alejan, y Georges Lemaître lo relacionó con la expansión del espacio. Hoy, el modelo ΛCDM, basado en la energía oscura y la materia oscura, afirma que el Universo es plano como un lienzo perfectamente tensado.

Los detectores LIGO, Virgo y KAGRA funcionan como micrófonos gigantes, escuchando las ondas gravitacionales, las vibraciones del propio espacio. El nuevo catálogo GWTC-5.0 ha registrado 161 fusiones de agujeros negros, elevando la cuenta total a 390 eventos.

Imagina un globo inflable gigante con galaxias dibujadas: al inflarse, el dibujo se estira y los puntos vecinos se alejan entre sí. La velocidad de ese estiramiento es la constante de Hubble. Normalmente, los astrónomos captan la luz de estrellas lejanas y observan cuánto se ha enrojecido debido a la expansión del espacio.

Dos puntos en la superficie de un globo aerostático: eso es todo lo que tienes como referencia cuando intentas entender cómo se infla. Más o menos así reconstruyen los cosmólogos la historia de la expansión del universo.

El universo a veces se parece a una olla de agua hirviendo. Con suficiente calor, el líquido se convierte en vapor: eso es una transición de fase. En el universo temprano también pudo ocurrir algo similar: un campo que llenaba el espacio cambió repentinamente de estado, como el agua que se convierte en gas.

Dos haces de luz recorren un anillo cerrado en direcciones opuestas. Dado que la velocidad de la luz es inmutable, cuando el anillo gira, uno de los haces tiene que alcanzar un objetivo que se desplaza, mientras el otro avanza más rápido. Su encuentro crea un patrón que permite determinar la velocidad de rotación de todo el sistema.

Las ondas gravitacionales son el temblor del espacio provocado por la fusión de agujeros negros y estrellas de neutrones.

Una diminuta esfera de una fracción de miligramo, suspendida en un campo magnético y enfriada casi hasta el cero absoluto, oscila 110 horas sin detenerse: un récord de aislamiento. La pérdida de energía es tan pequeña que la entropía del sistema casi no aumenta, y cualquier influencia externa se vuelve detectable.

Los espejos en los detectores de ondas gravitacionales escuchan al Universo, pero su propio temblor los ensordece, como un micrófono en una estación ruidosa.

Un púlsar es una estrella muerta que gira a gran velocidad y emite pulsos de radio como un faro. Pero en PSR J1928+1815, la señal a veces se apaga durante 3,6 horas. Algo bloquea el faro. Junto al púlsar orbita una estrella compañera, y su sombra cae sobre nosotros.

Después de una explosión de supernova, queda una estrella de neutrones: una bola del tamaño de una ciudad de materia inimaginablemente densa, girando cientos de veces por segundo. Cualquier pequeña imperfección en su superficie la haría tambalearse como un trompo desequilibrado, emitiendo un tenue zumbido a través del tejido del espacio.

Los agujeros negros no son abismos silenciosos, sino diapasones naturales. Su rápida rotación, predicha por Roger Penrose, hace cantar al propio espacio-tiempo, generando una corriente de las partículas más ligeras: los axiones.

Destellos rítmicos de un faro en medio de una niebla espesa: así se ve la búsqueda de púlsares. El faro gira y su haz llega periódicamente al telescopio. Pero la niebla desdibuja la luz y el período parece un poco diferente.

Un rayo de luz que atraviesa una placa transparente normalmente conserva su color. Pero si la placa se compone de capas delgadas alternadas, se convierte en una rejilla que refleja y transmite las ondas de forma selectiva. Esto se usa desde hace tiempo en láseres y filtros ópticos. Ahora, estas rejillas se han hecho vibrar y la luz ha empezado a cambiar de color.

Ya el propio Einstein predijo las ondas gravitacionales: el temblor mismo del tejido del espacio-tiempo. Hoy las captan gigantescas instalaciones como LIGO, creadas gracias a Rainer Weiss y Kip Thorne.

En los primeros instantes, el universo se parecía a una masa que a veces sube con rapidez y a veces se detiene por un segundo. En esos breves estirones —llamados expansión del universo con pausas— incluso los campos magnéticos diminutos pudieron crecer como burbujas en una masa bien batida.

En agosto de 2017, los detectores de ondas gravitacionales captaron una señal de la fusión de dos estrellas de neutrones — restos ultradensos de estrellas que explotaron. En ese mismo instante, en toda la Tierra transcurría la rutina habitual: los aviones aterrizaban, los coches circulaban y los navegadores calculaban rutas.

Una cuerda de guitarra, al ser pulsada, vibra — y el aire a su alrededor transmite esa vibración al oído. El espacio-tiempo vibra de otra manera: cuando una onda gravitacional lo atraviesa, se estira y se comprime ligeramente.

El cielo nocturno está salpicado de estrellas, y muchas de ellas tienen planetas. Pero, ¿cómo detectar un diminuto disco oscuro frente a un sol lejano? El telescopio 'Kepler' observó durante nueve años cientos de miles de estrellas, esperando que un planeta pasara frente a su estrella y la eclipsara por un instante. Ese 'parpadeo' es la única forma de encontrar mundos como el nuestro.

La fusión de dos estrellas de neutrones es como el golpe de un gong: un estremecimiento del espacio se expande por el universo, una onda gravitacional. Los detectores en la Tierra captan ese estremecimiento y, según su fuerza, calculan la distancia hasta la fuente.

Medir la expansión del universo es como cronometrar una carrera mientras la pista se estira. Las fusiones de estrellas de neutrones actúan como sirenas estándar: sus ondas gravitacionales resuenan con un «volumen» conocido, así que las señales más débiles implican mayor distancia.

Imagine una membrana tensada como la piel de un tambor. Esta capta dos señales a la vez: ondas gravitacionales — el temblor del propio espacio — y las esquivas partículas de materia oscura.

El Universo se expande, y cada cúmulo de galaxias participa en una danza grandiosa. El ritmo de esta danza lo marca la constante de Hubble, que fue medida por primera vez por Edwin Hubble hace casi un siglo. Refinar ese número es difícil, pues se necesita una regla de miles de millones de años luz.

Astrónomos encontraron en el Universo un objeto invisible que pesa apenas un millón de soles — para el cosmos es una nimiedad, cien veces más ligero que todo lo que se había podido 'pesar' a tales distancias. El objeto no brilla, pero se delató al curvar la luz de una galaxia aún más lejana.