00:00El 14 de septiembre de 2015, los científicos del Observatorio de Ondas Gravitatorias por Interferometría Láser
00:07detectaron ondas gravitacionales directamente por primera vez.
00:11Un logro asombroso que les valió el Premio Nobel de Física 2017.
00:17Pero, ¿por qué fue tan significativo?
00:20Usemos una analogía.
00:22Imaginemos que los seres humanos evolucionaron sin la capacidad de ver la luz.
00:26Durante miles de años anduvimos a tientas en la oscuridad.
00:30Confiando en nuestros otros sentidos.
00:32Hasta que, un día, alguien inventó una máquina que podía percibir la luz por nosotros.
00:38Con el tiempo, lo veríamos todo.
00:40Desde la punta de nuestra nariz hasta las galaxias más lejanas.
00:44Esta analogía capta la magnificencia de LIGO.
00:48Se trata de mucho más que de demostrar una predicción científica.
00:53LIGO nos permite percibir el universo físico y comprender la realidad a un nuevo nivel.
00:59Al igual que los fotones, las ondas gravitacionales viajan a la velocidad de la luz mientras ondulan a través del
01:05espacio-tiempo.
01:07Sus señales nos rodean.
01:08Al escuchar las ondas gravitacionales con algunos de los instrumentos más sensibles jamás construidos,
01:15los científicos están registrando los temblores de violentos y distantes eventos.
01:21La formación de agujeros negros, explosiones de supernovas y, potencialmente, fenómenos más exóticos que aún no hemos descubierto.
01:30Entonces, ¿qué son las ondas gravitacionales?
01:34¿Qué las provoca?
01:35¿Y por qué la capacidad de LIGO para detectarlas ya está transformando nuestra comprensión del universo?
01:43Acompáñame hoy mientras aprendemos sobre las ondas gravitacionales,
01:47desentrañamos la revolucionaria tecnología que hay detrás del LIGO
01:50y anticipamos algunos de los asombrosos avances que están a la vuelta de la esquina.
01:57Las ondas gravitacionales son una de las implicaciones más extrañas de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein.
02:05Como ya hemos tratado anteriormente, el espacio-tiempo es un modelo que combina las tres dimensiones del espacio
02:11y la cuarta dimensión del tiempo en un único múltiple.
02:16Todos los objetos con masa crean una curvatura en el espacio-tiempo
02:19y los objetos con mucha masa crean mucha curvatura, que experimentamos como gravedad.
02:27Una forma sencilla de visualizarlo es pensar en una bola de billar apoyada en una superficie elástica
02:33y una bola de bolos apoyada en esa misma superficie.
02:37La bola de bolos más masiva creará más curvatura.
02:41A medida que los objetos se desplazan por el espacio-tiempo, esa curvatura cambia de posición con ellos.
02:48Una de las sorprendentes consecuencias es que, cuando los objetos de cierta masa aceleran,
02:53pueden enviar ondulaciones a través del espacio-tiempo en forma de energía gravitatoria.
02:58Aunque esto requiere un conjunto especial de condiciones, a saber, un objeto muy masivo sometido a aceleración.
03:05Un acontecimiento cataclísmico de este tipo enviaría ondulaciones u ondas gravitatorias hacia el exterior a la velocidad de la luz.
03:14Piensa en ellas como en las ondas en el agua, pero en lugar de agua,
03:18viajan a través del tejido del espacio-tiempo en todas direcciones.
03:22Y como en un estanque, estas perturbaciones se debilitan a medida que irradian hacia el exterior.
03:28Para un observador, la distancia entre los objetos parecería expandirse y encogerse al paso de la onda gravitatoria.
03:36Algo alucinante de imaginar.
03:39Sin embargo, aunque Einstein predijo la existencia de las ondas gravitatorias,
03:43era pesimista sobre nuestras posibilidades de detectarlas alguna vez.
03:48Pensaba que estas perturbaciones serían tan pequeñas que escaparían a nuestra capacidad de medirlas.
03:54¿Y quién podría culparle?
03:57Muchos de los cambios en la distancia que LIGO pretende medir son de una diezmilésima parte de la longitud de
04:03un protón.
04:04Sí, has oído bien, diez mil veces más pequeño que un protón.
04:09Y, sin embargo, estas señales vendrían codificadas con todo tipo de información sobre sus orígenes.
04:16Cuándo se originaron, hasta dónde viajaron y qué tipo de acontecimiento las produjo.
04:23Aquí es donde entra en juego LIGO.
04:26Consta de dos observatorios, financiados por la Fundación Nacional de la Ciencia de Estados Unidos
04:32y gestionados por el MIT y la Caltech.
04:36Entre sus impulsores se encuentran los renombrados físicos Kip Thorne, Rainer Weiss y Barry Barish,
04:43que compartieron el Premio Nobel de 2017 por sus contribuciones decisivas a la detección de las ondas gravitacionales.
04:52LIGO es esencialmente un interferómetro a gran escala y muy sensible.
04:57Un invento que existe desde la década de 1880.
05:02Un interferómetro mide esencialmente lo que ocurre cuando se combinan ondas de luz procedentes de dos o más fuentes.
05:09Por ejemplo, puedes utilizar un interferómetro para comprobar si la luz viaja a distintas velocidades
05:15a través de distintas sustancias, como el aire o el agua.
05:19Incluso una sutil diferencia de velocidad producirá un patrón de interferencia cuando se combinen las ondas de luz,
05:26de forma parecida a lo que ocurre cuando se cruzan dos ondas en un estanque.
05:29Si el pico de una onda choca con el valle de la segunda, se restarán mutuamente, produciendo una superficie plana.
05:37Sin embargo, si los picos se alinean exactamente, significa que las ondas están en fase y se suman entre sí.
05:44Esto es esencialmente lo que mide el interferómetro con la luz.
05:48Al ver lo acopladas o desfasadas que están dos ondas luminosas,
05:52un observador puede deducir la velocidad relativa de las ondas.
05:56Y cuando más grande y potente sea el interferómetro, más sensible será.
06:02Así es como funciona.
06:04LIGO tiene dos observatorios situados en Hanford, Washington y Livingston, Louisiana.
06:10¿Por qué dos?
06:12Bueno, se necesitan al menos dos lugares de detección para triangular de donde proceden las señales.
06:18Cada observatorio dispara continuamente un potente láser a un divisor de haz situado en un ángulo de 45 grados.
06:26El rayo láser tiene que funcionar a unos 750 kilovatios, potencia suficiente para vaporizarte por completo si te pusieras en
06:35su camino.
06:35A continuación, el divisor divide el haz láser perpendicularmente.
06:41La luz de cada brazo viaja por una cavidad de vacío de 4 kilómetros con un espejo al final.
06:47A continuación, los haces rebotan entre este espejo y un espejo de reciclaje situado en el otro extremo casi 300
06:55veces,
06:56aumentando la distancia de 4 a 1.200 kilómetros.
07:01Recuerda lo que dijimos, con los interferómetros, más grande es mejor.
07:07Tras completar casi 300 viajes, los haces láser se recombinan en el divisor de haces y se redirigen a un
07:14fotodiodo,
07:15que es un semiconductor sensible a la luz.
07:18Si no hay perturbaciones, los haces estarán en fase, lo que significa que sus frecuencias se restarán mutuamente,
07:25y no llegará luz al diodo.
07:28Pero si hay una onda gravitatoria, la distancia que recorre cada haz será ligeramente diferente, y estarán desfasados.
07:36El fotodiodo captará una señal, indicando la presencia de una onda gravitatoria.
07:43Así es como funcionaría en un mundo perfecto.
07:46Pero en la realidad, el interferómetro capta ruido constantemente.
07:51Para minimizarlo, LIGO utiliza espejos increíblemente lisos de 40 kilogramos, suspendidos por hilos de sílice.
08:00Cualquier partícula en los brazos del interferómetro también es un problema.
08:04Por eso, LIGO bombea el aire de sus cámaras de vacío a una trillonésima parte de la presión atmosférica.
08:11Pero hay otro problema.
08:13A estos niveles minúsculos, incluso la mecánica cuántica es una molestia porque introduce aleatoriedad en el comportamiento de los fotones.
08:23LIGO lo mitiga con una cavidad óptica que comprime la luz.
08:27Esta compresión minimiza el ruido de fase de la luz, y lo convierte en ruido de amplitud, que el interferómetro
08:34no mide.
08:36En otras palabras, la aleatoriedad cuántica aparecerá más en una altura de las ondas.
08:42La aleatoriedad cuántica es un hecho de la vida.
08:45No puede eliminarse, pero puede desplazarse, del mismo modo que puedes mover los trastos de tu habitación a tu armario.
08:52El caos no desaparece, solo se pierde de vista por el momento.
08:57Además, el objetivo no es eliminar completamente el ruido, sino obtener la mejor señal respecto a ruido posible.
09:03Esta es una buena descripción general de cómo funciona LIGO.
09:08Entonces, ¿qué ha descubierto?
09:11Como he mencionado antes, LIGO detectó su primera señal en 2015.
09:16Bautizada como GW150914, los científicos estudiaron los datos y descubrieron que estaba causada por la fusión de dos agujeros negros
09:26situados a unos 1.600 millones de años luz.
09:29Estos agujeros negros, que tenían 29 y 36 masas solares, se convirtieron en un binario y giraron en espiral uno
09:38alrededor del otro,
09:39hasta que se fusionaron y liberaron una explosión en los 20 milisegundos finales que fue tan potente.
09:46Y prepárate para esta cifra, porque esto es lo que piensan realmente los científicos,
09:52que contenía 50 veces la potencia luminosa combinada de todas las estrellas del universo observable.
10:00Algo que pone los pelos de punta.
10:03He leído este dato muchas veces y sigo sin ser capaz de imaginarlo.
10:08Sin embargo, tras viajar durante 1.600 millones de años y llegar finalmente a LIGO,
10:14la perturbación era tan débil que desplazó el brazo de 4 kilómetros de LIGO a una milésima parte de la
10:20anchura de un protón.
10:22Para visualizarlo, imagina la distancia que nos separa de Próxima Centauri y muévela la anchura de un cabello humano.
10:31Ese es el nivel de precisión que LIGO fue capaz de detectar.
10:36Si eso no es una de las hazañas más asombrosas de la historia de la humanidad, no sé qué lo
10:42es.
10:43Y esta fue solo la primera onda gravitatoria que detectó LIGO.
10:48La segunda detección se produjo tres meses después, en diciembre de 2015.
10:54Esta señal también procedía de una fusión de agujeros negros, que tuvo lugar a 1.400 millones de años luz.
11:01A lo largo de sus tres pasadas iniciales, LIGO registró más de 80 fusiones de agujeros negros
11:07y en agosto de 2017 detectó la fusión de dos estrellas de neutrones.
11:15Denominada GW170817, esta señal destacó por ser la primera onda gravitacional
11:20corroborada por observaciones electromagnéticas de 70 observatorios de todo el planeta.
11:27Esto supuso un gran avance no solo en la detección de ondas gravitacionales,
11:32sino también en la astronomía multimensaje.
11:36Y LIGO solo estaba calentando motores con esas señales.
11:40En mayo de 2023, LIGO ha iniciado su nueva etapa con mejor sensibilidad que nunca.
11:48Tras su última ronda de actualizaciones, que mantuvo a LIGO fuera de servicio durante tres años,
11:53los observatorios disponen ahora de espejos más reflectantes,
11:57una mejor suspensión y una mejor compresión de la luz con una menor incertidumbre cuántica.
12:03Y esta vez, LIGO también cuenta con el apoyo de CAGRA,
12:07un nuevo observatorio de interferometría situado en Hida, Japón.
12:12CAGRA está situado bajo tierra, lo que lo convierte en el primer observatorio subterráneo
12:17de ondas gravitacionales del mundo, y también en el primero que utiliza espejos criogénicos.
12:24Durante una prueba de ingeniería realizada el 18 de mayo, los científicos de LIGO afirman
12:30que ya han recibido una señal, causada posiblemente por una estrella de neutrones engullida por un
12:35agujero negro. Tendremos que esperar un tiempo para la confirmación, pero si estos primeros
12:40resultados sirven de indicación, LIGO está a punto de hacer saltar por los aires nuestra
12:46comprensión de los fenómenos generadores de ondas gravitacionales.
12:51¿Qué otros avances nos esperan?
12:54India está preparando un proyecto de colaboración denominado LIGO India o Índigo,
12:59que ayudará a LIGO a triangular mejor los datos. Entre 2027 y 2028, LIGO pondrá en marcha su
13:08actualización LIGO Voyager, que logrará una mayor sensibilidad con espejos cuatro veces
13:14más pesados y láseres de mayor frecuencia. Y en un futuro más lejano, se ha propuesto
13:20una instalación de tercera generación denominada Explorador Cósmico. Esta instalación contaría
13:27con dos nuevos observatorios con brazos de 40 y 20 kilómetros respectivamente. Recuerda,
13:34con los interferómetros, más grande es mejor. Pero la propuesta que realmente me entusiasma
13:40es la antena espacial de interferómetros láser, o LISA. Sería el primer observatorio
13:46de ondas gravitacionales en el espacio, que utilizaría tres naves espaciales en una configuración
13:52de 2,5 millones de kilómetros de longitud. Este interferómetro sería tan grande y preciso
13:59que los científicos esperan que sea capaz de descubrir fuentes exóticas y teóricas de
14:05ondas gravitacionales, como cuerdas cósmicas y otros fenómenos especulativos. En teoría,
14:13podría ayudarnos a mirar directamente el tejido de la realidad.
14:17Con una fecha de lanzamiento prevista para 2037, aún falta más de una década,
14:23pero nunca es demasiado pronto para empezar a contar los años. Así que, ahí lo tienes,
14:29una visión general del higo y de cómo los científicos utilizan las ondas gravitacionales
14:35para comprender mejor el universo. Nos proporcionan pruebas de fenómenos extremadamente remotos y
14:41antiguos que no pueden medirse por ningún otro medio, y pueden ser una forma secundaria de medir
14:47las observaciones realizadas por otros instrumentos, como el telescopio Webb o el Hubble. Con el tiempo,
14:55este campo revolucionario debería permitirnos comprender la naturaleza de nuestro universo,
15:00su historia e incluso su futuro. Espero que este episodio te haya parecido tan fascinante como a mí.
15:08Gracias por tu visita y nos vemos en el futuro.
15:12Gracias por ver el video.
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