filtrado de ruido en ondas gravitacionales

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).

En 2019, en el detector LIGO se registró una onda gravitacional — una ondulación en el tejido del espacio-tiempo — cuyo mapa tiempo-frecuencia se asemejaba a un curioso peine. Cada señal de fusión de agujeros negros deja un patrón único, similar a huellas dactilares.

La cancelación activa de ruido crea un «antisonido» para eliminar el ruido. Pero los sistemas convencionales son ciegos: no saben de dónde proviene el sonido. En habitaciones con eco, es como boxear con los ojos vendados: cancelas a ciegas.

El universo es una gigantesca sala de conciertos, donde en lugar de paredes y balcones flotan nubes invisibles de materia oscura. Este conjunto arquitectónico no es estático: refracta y dispersa la «música» que lo atraviesa: las ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros.

Las ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros suenan como acordes graves, los púlsares marcan el ritmo y la radiación cósmica de fondo nos trae ecos del Big Bang. Pero hay un intérprete silencioso: la materia oscura, cuya presencia solo se revela por sus efectos gravitacionales.

Los detectores LIGO y Virgo captan ondas gravitacionales de fusiones de agujeros negros y estrellas de neutrones.

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.

Un intérprete graba una conversación de muchas horas. Si intenta retener todo el diálogo en la cabeza, al final inevitablemente tergiversará detalles. Más o menos así funcionan los observatorios de ondas gravitacionales: escuchan la «conversación» de cuerpos masivos que se acercan en espiral.

Los telescopios gravitacionales escuchan la «música» cósmica — ondas gravitacionales de catástrofes lejanas. Pero sus grabaciones están llenas de «arañazos» — breves interferencias terrestres. Antes, la evaluación se hacía sobre toda la pista a la vez y los chasquidos débiles se perdían.

Un concierto de rock atruena a todo volumen y tú intentas captar un susurro de tu amigo. Así se sienten aproximadamente los detectores de radio que captan señales de partículas cósmicas. Una partícula irrumpe en la atmósfera y genera una extensa lluvia: una cascada de millones de partículas secundarias, y esa lluvia emite un breve pulso de radio.

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.

Cuando chocan los agujeros negros, tiembla el propio tejido del espacio-tiempo. Estas ondulaciones — las ondas gravitacionales — son captadas por detectores, pero descifrar la señal requería durante mucho tiempo horas de simulaciones por computadora.

Una olla de agua sobre el fuego. Cuando el agua hierve, se convierte en vapor de golpe: eso es una transición de fase. En los primeros instantes tras el Big Bang, el universo experimentó algo parecido, solo que no cambiaban líquido y gas, sino campos fundamentales.

Tres satélites se dispersarán en el vacío heliocéntrico formando un triángulo de tres millones de kilómetros de lado.

En los auriculares con los que se escucha una orquesta lejana, de vez en cuando algo cruje. El crujido puede ser tan fuerte que ahogue la música o incluso se mezcle con ella.

El detector Taiji, que se planea lanzar al espacio, captará el temblor del espacio provocado por colisiones de agujeros negros enormes. Pero en sus datos aparecen de vez en cuando picos aleatorios, como chasquidos en una radio.

Cuando una estrella masiva muere y colapsa en una supernova, nace una estrella de neutrones: una esfera del tamaño de una ciudad pero con la masa del Sol. Su materia está tan comprimida que una cucharadita pesa más que el Monte Everest.

El protón no es una esfera lisa, sino una maraña de quarks y gluones que se mueven constantemente e intercambian energía. No se puede saber directamente cómo se distribuyen en su interior la energía, la presión y el espín: las mediciones solo proporcionan puntos escasos y ruidosos.

Los detectores de ondas gravitacionales normalmente comparan la señal con plantillas predefinidas, como si buscaran una melodía conocida en el ruido. Esto solo permite rastrear escenarios conocidos, como la fusión de agujeros negros.