L’ona que arriba a la velocitat de la llum

Any 1905. Albert Einstein publica la teoria de la relativitat espacial, que assegura que res pot anar més ràpid que la llum.

Ona gravitacional

Any 1916, Einstein es basa en la relativitat general i espacial per arribar a la conclusió que els canvis en el camp gravitatori no poden ser instantanis a tot arreu donat que res pot anar més ràpid que la llum, sinó que és necessari que es propaguin a través del teixit espai-temps. Neix llavors la idea de les ones gravitacionals.

Any 2017. Els científics nord-americans Rainer Weiss, Barry Barish i Kip Thorne (treballadors de l’empresa LIGO) detecten per primer cop una ona gravitacional, la qual, un segle abans, Einstein havia afirmat que seria impossible de detectar. Els tres científics, gràcies a aquest descobriment, van guanyar el premi Nobel de física.

Anem a pams... Què és una ona gravitacional?

Alguna vegada heu llençat una pedra a un llac i s’han format ones que s’han estès per tot el llac?, doncs les ones gravitacionals són semblants; tot i que en lloc de ser una pedra és un fenomen molt violent que produeix molta energia que s'expandeix per l’univers, i el llac és l’espai-temps. 

Aquestes ones, tot i que viatgen a la velocitat de la llum, són pertorbacions molt febles creades per fenòmens gravitacionals molt energètics que es propaguen deformant l'espai-temps.

El pas de l’ona pot modificar la distància entre planetes i els efectes són més intensos en les proximitats de l’origen d’aquesta, on es produeixen "tempestes salvatges" que deformen l'espai i acceleren i desacceleren el temps.

Per a què serveix l'estudi de les ones gravitacionals?

El projecte LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) consta de dues interferòmetres (instrument de mesura que utilitza la interferència de les ones de llum per mesurar amb gran precisió longituds d'ona de la llum mateixa), un a Hanford i un altre de Livingston. Cal treballar amb dos detectors alhora per descartar resultats erronis, motivats per petits sismes o errors instrumentals.

Cada interferòmetre té forma de L i consta de dues cavitats òptiques de 4 km cadascuna. La llum del làser es divideix en dos, de manera que un eix de llum viatja pel braç vertical i l'altre, pel horitzontal. El detector està dissenyat de manera que en absència d'ones gravitacionals, la llum tardi el mateix temps a viatjar d'anada i tornada de cada braç. D'aquesta manera, la llum interfereix destructivament i no hi ha senyal detectada per l’interferòmetre. Quan una ona gravitacional passa per l’interferòmetre, el temps de viatge dels dos raigs làser canvia i apareix un senyal en el fotodetector. Això passa perquè l'ona estira un braç i comprimeix l'altre.

L'anunci de LIGO inicia una nova era en l'astronomia observacional. Les ones gravitacionals ens aportaran informació de la història i estructura de l'univers que fins ara no podíem obtenir. L'espectre d'ones gravitacionals és completament inexplorat i s'espera que, cada nou descobriment de l'espectre electromagnètic, cada banda de les ones gravitacionals, aportin informació desconeguda fins ara.

La primera ona gravitacional detectada té una freqüència de centenars de Hertz (unitat del SI de la freqüència, una freqüència d'1 Hz és equivalent a un període d'1 segon), cosa que ens indica que encara queda molt per descobrir. En 10 anys, LISA es posarà en funcionament, orbitant al voltant del Sol, i serà un gran interferòmetre amb braços de milions de kilòmetres amb una sensibilitat de mil·li Hertz. 

Com Stephen Hawking va dir: “la intel·ligència és l'habilitat d'adaptar-se als canvis”.

Mariona Ratón i Gerard Rodríguez