Centrarse en las ondas gravitacionales

La gran noticia para la semana, mes o incluso el año fue anunciada por titulares como «Big Bang: finalmente se detectaron las ondas gravitacionales de Einstein» o «Los físicos descubren evidencia del Big Bang».

El descubrimiento es fantástico, pero estos títulos son engañosos: Ya teníamos evidencia del Big Bang por un lado, y de la existencia de ondas gravitacionales por el otro. El observatorio BICEP2 no detectó directamente ondas gravitacionales, sino uno de sus efectos. Falta una palabra clave en estos títulos: «inflación». Lo que confirman los resultados recientes parece confirmar * es la teoría de la inflación cósmica. «Descubrimiento de las primeras ondas gravitacionales del universo y confirmación de la inflación» es un buen título, y es el de un excelente artículo [1] de otro científico científico sobre los resultados recientes del experimento BICEP2. Hay otros [3,4,*]. Aquí solo voy a tratar de hacer un balance de las ondas gravitacionales.

Con la relatividad general, Albert Einstein explica la gravedad mediante un campo gravitacional deformado por las masas. Cuando las masas se aceleran, las deformaciones del campo se propagan, en principio a la velocidad de la luz, al igual que la aceleración de las cargas eléctricas produce ondas electromagnéticas. (actualización del 15.02.2016: esta analogía no es correcta) Como la gravitación es, con mucho, la interacción elemental más débil, cien mil millones mil millones mil millones mil millones de veces más débil que el electromagnetismo, se requieren enormes masas sometidas a aceleraciones fantásticas para que las ondas gravitacionales emitidas tengan un suficiente potencia para causar un efecto medible e instrumentos de medición increíblemente sensibles para detectarlos.

Los primeros intentos de detección directa datan de finales de la década de 1960 con la barra Weber. La idea es aislar una barra de metal grande de cualquier vibración externa y detectar una resonancia repentina de la barra cuando pasa una onda gravitacional. La amplitud de las vibraciones esperadas es de alrededor de 10-16 m si una supernova tiene la buena idea de explotar no muy lejos, ninguno de los experimentos se basa en este principio (ALLEGRO, AURIGA, miniGRAIL o EXPLORER [2]) no proporcionó un resultado concluyente. No es mejor por el momento para el interferómetro VIRGO, LIGO, GEO 600 y los otros detectores gigantes basados ​​en interferometría.

La idea es comparar las distancias recorridas por dos rayos láser en varios kilómetros en direcciones separadas. Cuando pasa una onda gravitacional, cambia la distancia recorrida por uno de los láseres de un puilleme de un nanómetro con respecto al otro. LIGO es grande: cada brazo tiene 4 km de largo y hay otro interferómetro a 3000 km de distancia para triangular la fuente … Todo lo que queda entonces es aislar esta medida de las variaciones térmicas, las ondas sísmicas, de las producidas por los colaboradores y los escarabajos del desierto que caminan junto al detector … Como no tuvimos éxito, la idea es ahora para hacerlo todo en el espacio con el proyecto de la ONG, anteriormente LISA. Lanzamiento programado para 2020. Sin embargo, aunque nunca se ha detectado directamente, sabemos que las ondas gravitacionales han existido desde 1974. Ese año, los astrónomos Hulse y Taylor descubrieron PSR B1913 + 16, un «púlsar binario».

Todavía es uno de esos objetos astronómicos que nos devuelve a nuestro tamaño justo: no mucho. Estas son dos estrellas de neutrones de aproximadamente 1.4 masas solares cada una que giran alrededor de las 7.45 a.m., a una distancia que varía entre 1 y 5 veces el radio del Sol, por lo tanto, astronómicamente muy muy muy cerca. Según Einstein, dicho sistema debería emitir ondas gravitacionales muy potentes «en espiral» como en el dibujo opuesto. Si este es el caso, la señal de radio emitida por el púlsar con extrema regularidad debe llegar un poco retrasada en el tiempo de acuerdo con la configuración de las ondas gravitacionales. Cheque de Hulse y Taylor: ¡ganó! En 1993, recibieron el Premio Nobel de Física por la primera detección de ondas gravitacionales. aceleración del período de PSR B1913 + 16 durante 30 años. Pronóstico en azul, medidas en rojo Además, según Albert, las ondas gravitacionales transportan energía muy lejos, por lo que una estrella en órbita pierde energía gradualmente y «cae» al orbitar más rápido, por lo tanto, al emitir aún más ondas gravitacionales, que lo ralentiza aún más hasta que ocurre un desastre. Y eso es exactamente lo que hemos medido durante 40 años en PSR B1913 + 16. El mismo fenómeno se ha medido en mi quásar favorito, OJ 287 y otros objetos astronómicos espectaculares. Los resultados recientes de BICEP2 también constituyen una detección indirecta de ondas gravitacionales por una ruta completamente diferente de las anteriores.

Absolutamente no entendí por qué, pero la teoría predice que las ondas gravitacionales producidas durante la inflación cósmica deben haber causado un «modo B» de polarización del fondo cósmico de microondas, y es esta polarización la que se destacó . Re-Premio Nobel en perspectiva. En espera de mediciones directas que confirman que estas ondas se propagan a la velocidad de la luz, o incluso finalmente detectan el gravitón, estas detecciones indirectas muestran que existen ondas gravitacionales, y que Albert todavía tiene razón un siglo después de aburrirse. en la oficina de patentes de Berna. Nota * y adición de 24.3.2014: Ciencia increíble acaba de publicar «¿Ondas gravitacionales? Inflación? ¿O ambos? ”, Un artículo notable (como siempre) que detalla el descubrimiento reciente y señala algunas advertencias. El nivel es más alto que en mi modesta síntesis, pero si está interesado en este tema, le recomiendo que lea este excelente artículo. Referencias La experiencia EXPLORER, 2003, CERN-EX-0303017 Eric Simon «Descubrimiento de las primeras ondas gravitacionales del universo y confirmación de la inflación», 18 de marzo de 2014, sucede allí Sébastien Bohler, «Nacimiento del universo: por qué nos sorprende el descubrimiento de los físicos», 18 de marzo de 2014, SciLogs «Seis preguntas para entender la inflación (no esa, la otra)», 17 de marzo de 2014, Agence Science-Presse