Hace unos 1.300 millones de años dos agujeros negros giraron y giraron, acercándose más y más el uno al otro, hasta que se estrellaron en una furiosa explosión. Cada uno de los agujeros negros llevaba  aproximadamente 30 veces la masa del Sol compactada en un volumen diminuto, y su impacto frontal se dio en el momento en que  ambos se acercaban a la velocidad de la luz. La asombrosa fuerza de la fusión dio lugar a un nuevo agujero negro y creó un campo gravitacional tan fuerte que distorsionó el espacio-tiempo con ondas que se propagaron a través del espacio con una potencia aproximadamente 50 veces mayor que la de todas las estrellas  y galaxias en el universo observable . Increíblemente, este tipo de eventos se cree que son comunes en el espacio, pero esta colisión fue la primera de este tipo que se ha detectado y sus ondas son las primeras observadas. Los científicos del Observatorio de Interferómetro Láser Avanzado de Ondas Gravitatorias (LIGO, por sus siglas en inglés) anunciaron el jueves, en una muy esperada conferencia de prensa en Washington, DC (uno de los al menos cinco eventos simultáneos celebrados en los EE.UU. y Europa), que la búsqueda de más de medio siglo,de ondas gravitacionales finalmente ha tenido éxito.

“Esto era sin duda un proyecto tan ambicioso como ir a la Luna, y lo hicimos, alunizamos”, dijo David Reitze, director ejecutivo de LIGO durante el anuncio.

"Hay personas que han invertido su vida en esta búsqueda, y hay personas que murieron antes de tener la oportunidad de ver algo", dice Szabolcs Márka, físico de la Universidad de Columbia  y miembro del equipo de LIGO. "Es realmente una sensación maravillosa validar la inversión de una enorme cantidad de trabajo. Y no se trata solo de que se encontró algo, pero que diste algo a todo el mundo, al resto de la humanidad".

Albert Einstein predijo las ondas gravitacionales por primera vez en 1916 sobre la base de su teoría general de la relatividad, pero incluso él dudaba acerca de si existían realmente. Los científicos empezaron a buscar estas ondas en el espacio-tiempo en la década de 1960, pero ninguno tuvo éxito en la medición de sus efectos sobre la Tierra hasta ahora. El descubrimiento de LIGO, aceptado para su publicación en la revista Physical Review Letters, no solo proporciona la primera evidencia directa de ondas gravitacionales, sino que también abre la puerta a su uso para el estudio de los poderosos eventos cósmicos que los crean. "Es un gran logro", dice Luis Lehner, un físico del Instituto Perimeter de Física Teórica en Ontario, que no está afiliado con el proyecto LIGO. "La teoría fundamental de la gravedad ha avanzado de una manera muy fuerte y nos da una increíble herramienta para explorar preguntas muy profundas sobre el universo."

"Uno de los sistemas más complejos jamás construido"

Más de 1.000 científicos trabajan en el experimento LIGO de $1.000 millones , que es financiado por la Fundación Nacional de la Ciencia de EE.UU.. El proyecto utiliza dos detectores, uno ubicado en el estado de Washington y el otro en Louisiana, para detectar las distorsiones en el espacio que se producen cuando una onda gravitacional pasa a través de la Tierra. Cada detector tiene la forma de una L gigante, con patas de cuatro kilómetros de largo. La luz del láser rebota a través de las patas, que se refleja en los espejos y asombrosamente precisos relojes atómicos miden cuánto tiempo se tarda en hacer el viaje. Normalmente, como las dos patas son exactamente de la misma longitud,  la luz tarda exactamente la misma cantidad de tiempo en recorrer cada una. Sin embargo, si una onda gravitacional pasa a través, el detector y el suelo debajo de este se expandirán y contraerán infinitesimalmente en una dirección, y las dos patas perpendiculares ya no serán del mismo tamaño. Uno de los láseres llegará una fracción de segundo más tarde que el otro.

LIGO debe ser increíblemente sensible para medir este cambio en la longitud de las patas, que es más pequeño que una diezmilésima parte del diámetro de un protón, o menor que el tamaño de un balón de fútbol en comparación con el tamaño de la Vía Láctea. "Es uno de los sistemas más complejos jamás construidos por el hombre", dice Márka. "Hay muchos mandos que girar, muchas cosas que alinear para lograr esa sensibilidad". De hecho, el experimento es tan delicado que eventos no relacionados, como un avión volando por encima, el viento que sacude el edificio o pequeños cambios sísmicos en el suelo bajo el detector pueden molestar a los láseres de forma que imiten las señales gravitacionales. "Si aplaudo en la sala de control, verá una irregularidad", dice Imre Bartos, otro miembro del equipo de LIGO en la Universidad de Columbia. Los investigadores eliminan cuidadosamente tales señales contaminantes y también se aprovechan del hecho de que los detectores de Washington y Louisiana muy raramente serán susceptibles de verse afectados por la misma contaminación al mismo tiempo. "Comparando los dos detectores, podemos estar incluso más seguros de que lo que estamos viendo es algo que viene de fuera de la Tierra".

LIGO comenzó a operar en 2002, y buscó hasta el 2010 sin encontrar ondas gravitacionales. Entonces, los científicos cerraron el experimento y actualizaron casi todos los aspectos de los detectores, que incluyeron aumentar la potencia de los láseres y sustituir los espejos, para una ejecución posterior, denominada LIGO Avanzada, que oficialmente comenzó el 18 de septiembre de 2015. Sin embargo, incluso antes de esa fecha el experimento estaba en marcha: la señal llegó el 14 de septiembre a las 5:51 a. m. hora de la costa Este estadounidense, llegando al detector en Louisiana siete milisegundos antes de llegar al detector en Washington. LIGO Avanzada es aproximadamente tres veces más sensible que la LIGO inicial, y está diseñada para ser aproximadamente 10 veces más sensible que la primera iteración en los próximos años.

Larga espera

Hasta ahora, la evidencia más sólida de ondas gravitacionales llegaba indirectamente a partir de observaciones de estrellas de neutrones súper-densas y giratorias,  llamadas púlsares. En 1974 Joseph Taylor, Jr. y Russell Hulse descubrieron un pulsar girando alrededor de una estrella de neutrones, y observaciones posteriores mostraron que la órbita del púlsar se estaba reduciendo. Los científicos llegaron a la conclusión de que el pulsar debía estar perdiendo energía en forma de ondas gravitacionales, un descubrimiento que otorgó a Taylor y Hulse el Premio Nobel de Física en 1993. Desde que apareció esa pista, los astrónomos han estado esperando detectar las propias ondas. "Desde luego, he estado esperando este evento desde hace mucho tiempo", dice Taylor. "Hay una larga historia, y creo que los proyectos que tardan tanto tiempo en dar fruto requieren una gran cantidad de paciencia. Ya era hora".

El descubrimiento no es solo la prueba de la existencia de las ondas gravitacionales, sino también la confirmación más sólida hasta ahora de la existencia de los agujeros negros. "Creemos que los agujeros negros existen ahí fuera. Tenemos evidencia muy sólida de que existen pero no tenemos pruebas directas", dice Lehner. "Todo es indirecto. Dado que los agujeros negros por sí mismos no pueden dar ninguna señal distinta de las ondas gravitacionales, este es el camino más directo para probar la existencia de agujeros negros".

La habilidad de LIGO para estudiar las características de las ondas gravitacionales permitirá a los científicos estudiar los agujeros negros de una forma totalmente nueva. Los investigadores querrán saber los detalles de cómo chocan dos agujeros negros, y si surge un nuevo agujero negro como sugiere la teoría. "Estamos hablando de dos objetos que no emiten luz, están completamente a oscuras", dice Janna Levin, una física teórica del Colegio Barnard de la Universidad de Columbia, que no ha colaborado con LIGO. "En los detalles de una colisión y en términos de las ondas gravitacionales, se podría ver la formación de un nuevo agujero negro". El observatorio también debería ser capaz de ver las ondas gravitacionales creadas por otros cataclismos, tales como la explosión de supernovas y las colisiones de dos estrellas de neutrones.

LIGO y experimentos futuros de ondas gravitacionales también permitirán a los físicos poner la relatividad general a la prueba. La teoría, de 100 años de edad, ha superado la prueba del tiempo, pero todavía entra en conflicto con la teoría de la mecánica cuántica que gobierna sobre el reino subatómico. "Sabemos que la relatividad general debe mostrar grietas en algún momento, y la manera en que las muestre nos guiará hacia una teoría que sea más completa", dice Lehner. "Esto empuja la teoría en más de seis órdenes de magnitud en comparación con la anterior gran prueba", que llegó a partir de observaciones de pulsares.

LIGO es el primero de muchos observatorios que se unirán a esta nueva era de la astronomía gravitacional. Un proyecto similar llamado Virgo se conectará este año en Italia, y más tarde en esta década el Detector de Ondas Gravitacionales Kamioka (KAGRA) en Japón comenzará a hacer observaciones. Proyectos de telescopios basados ​​en tierra llamados conjunto de sincronización de púlsares tienen como objetivo estudiar las ondas gravitacionales observando retrasos en la luz proveniente de los púlsares que llega a la Tierra después de viajar a través del espacio estirado por una  una onda. Y una nave espacial llamada Lisa Pathfinder fue lanzada en diciembre del año pasado para probar la tecnología para una propuesta de observatorio espacial que será sensible a ondas gravitacionales de mayor longitud de onda que las de colisiones de agujeros negros súper-masivos.

 "Cada vez que se abre una nueva ventana al universo siempre descubrimos cosas nuevas", dice Lehner. "Es como Galileo apuntando el primer telescopio hacia el cielo. Inicialmente vio algunos planetas y las lunas, pero luego a medida que obtuvimos  radiotelescopios, telescopios de rayos ultravioleta y de rayos X, descubrimos más y más sobre el universo. Estamos más o menos en el momento en que Galileo empezaba a ver los primeros objetos alrededor de la Tierra. Tendrá un impacto enorme en este campo de estudio".