Ayer se anunció un descubrimiento histórico para la ciencia. Ahora sí lo podemos decir sin temor a equivocarnos, las ondas gravitacionales han cambiado el modo en el que miramos el universo. Por primera vez se ha observado un evento astronómico usando diferentes fuentes de detección: ondas gravitacionales y ondas electromagnéticas, o lo que es lo mismo, luz.

El 17 de Agosto de este mismo año, el paso de un frente de ondas gravitacionales sacudió los interferómetros del experimento LIGO (Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory), técnicamente se llamó a este evento GW170817.  Se trataba de una emisión proveniente de una fuente a unos 130 millones de años-luz de distancia, el colapso de dos estrellas de neutrones, del tamaño aproximado de una ciudad pero con una masa superior a la de nuestro Sol. Habría sido un evento tan vasto que produjo una perturbación en el tejido espacio-tiempo que había alcanzado nuestro planeta.

Hasta entonces, las detecciones de LIGO de ondas gravitacionales provenían del colapso de agujeros negros. Sí, eran hallazgos espectaculares sin duda alguna, hasta tal punto que el premio Nobel de este mismo año ha recaído sobre estos descubrimientos. Pero ahora todo era diferente, la fuente de las ondas gravitacionales emitía también luz (a diferencia de los agujeros negros). ¡Era una oportunidad única para mirar este evento desde todas las posibles perspectivas!

¡Manos a la obra! La colaboración LIGO se puso en contacto con innumerables equipos de astrónomos a lo largo y ancho del mundo, y se consiguió que más de 70 grandes telescopios miraran hacia la misma región del cielo. En los días sucesivos al 17 de Agosto se consiguió observar GW170817 en multitud de regiones del espectro electromagnético, Rayos-X, luz visible, infrarrojo, radio…Tal ha sido la importancia de esta gran colaboración de la comunidad científica que junto al anunció oficial se han publicado decenas de artículos en las revistas de gran impacto.

La suerte estaba de su parte…

El experimento VIRGO, muy similar a LIGO pero situado en Europa, acababa de entrar en su fase de observación. Esto permitía triangular la señal que LIGO había detectado restringiendo la región del cielo de la cual provenía la onda con un factor 10 de mejora. Para hacernos una idea del golpe de suerte, si esto hubiese sucedido unos meses antes, la precisión de VIRGO no habría permitido restringir espacialmente tanto la señal, hubiera sido casi imposible saber su procedencia con la exactitud necesaria. Afortunadamente no fue así, VIRGO estaba preparado.

Esta información se envió rápidamente a diferentes observatorios, y en concreto a Chile, donde está montado un instrumento llamado Dark Energy Camera. Este detector es muy útil a la hora de escanear “grandes” regiones del cielo debido a la velocidad a la que lo hace. Se necesitaron 45 minutos para detectar una nueva fuente de luz en la región que LIGO y VIRGO habían apuntado. Concretamente provenía de la galaxia NGC 4993, en la constelación de Hydra, y su distancia cuadraba con la medida por LIGO y VIRGO.

La Dark Energy Camera se encuentra montada en el telescopio central. Crédito: Fermilab

En el siguiente vídeo (¡se me ponen los pelos de punta al verlo!) podéis ver como aparece un punto luminoso (GW170817) en la parte superior de la galaxia NGC 4993, que es la mayor fuente luminosa que se observa en las imágenes (¡¡ el brillo del punto es comparable al de la galaxia entera!!):

¡Es absolutamente increíble! Habían conseguido localizar la fuente luminosa que correspondía a GW170817. Pero no solo eso, hay más. Mientras todo esto ocurría, equipos independientes de astrónomos en todo el planeta habían detectado también el evento. De hecho, y esto es una auténtica maravilla, solo 1.7 segundos después de que LIGO detectara GW170817, dos observatorios espaciales que justamente estaban apuntando a Hydra el 17 de Agosto (y esto es otro punto de suerte), el Fermi Gamma-ray Space Telescope de la NASA y el International Gamma Ray Astrophysics Laboratory de la ESA, detectaron dos chorros súper luminosos provenientes de la misma zona del cielo. Este tipo de chorros, cuyo origen era una incógnita, se denominan gamma-ray bursts (GRB) y son uno de los sucesos conocidos más energéticos que ocurren en el universo.

El misterio de las estrellas de neutrones y los GRB’s

Parecía claro en este punto que el origen de GW170817 era la fusión de estrellas de neutrones. ¿Por qué? el colapso de sistemas binarios de estrellas de neutrones producen un tipo de onda gravitacional muy característica, entre otras cosas, la duración de la señal es bastante más larga que en el caso de agujeros negros. Además, los modelos de formación de sistemas binarios de estrellas de neutrones cuadraban de forma excelente con la observación.

Para hacernos una idea, una estrella de neutrones es una de los posibles finales de una estrella supermasiva. Cuando la estrella quema todo su combustible, ya no es capaz de contrarrestar su propia gravedad, y acaba colapsando sobre si misma. Este “apretón” es tan gigantesco que convierte a los protones y electrones en neutrones y neutrinos en una región aproximada de entre 10 y 20 kilómetros. A ver, os voy a echar un cable para imaginar esto, coged a un humano medio que no os caiga demasiado bien y comprimidlo hasta el tamaño de una bacteria. ¡Pues aproximadamente esto es lo que se reduce una estrella para formar una estrella de neutrones!

Dejadme que pare aquí un momento para hacer mi pequeño homenaje a Jocelyn Bell Burnell, una astrofísica extraordinaria que no ha sido reconocida por los Nobel como debiera. Ella fue la primera que observó un púlsar, un tipo de estrella de neutrones. Sin embargo, fue su jefe por aquél entonces, y no ella, quién fue galardonado con el Nobel de física por su descubrimiento. ¡Qué justos son los Nobel!

Jocelyn Bell Burnell.

Pues bien, durante décadas se ha pensado que los GRB’s estaban producidos por estrellas de neutrones, pero hasta ahora no se había observado un fenómeno así. Esta observación conjunta del evento GW170817 y GRB’s parece indicar de forma muy certera que los sistemas binarios de estrellas de neutrones producen este tipo de fenómenos tan energéticos. ¡Un nuevo misterio del universo resuelto!

Todo lo que viene de la mano con este descubrimiento…

Lo primero, y quizás más importante, es que supone una nueva (y ya van tantas que marea) confirmación de la Relatividad General de Einstein. Este descubrimiento ha hecho posible verificar que la diferencia entre la velocidad de la luz y la de la onda gravitacional es menor que una parte en 10.000 trillones. Esto supone la confirmación de uno de los pilares centrales de la Relatividad.

Como nos cuenta Miguel Zumalacarregui, experto en gravitación y cosmología del Nordic Institute for Theoretical Physics: “Esta medida permite descartar una gran cantidad de teorías de gravedad modificada y modelos de energía oscura . Curiosamente, son los modelos (alternativos a la constante cosmológica) que tenían propiedades mas interesantes los que han sido descartados”. “Los que trabajamos en construir y analizar modelos cosmológicos hemos visto muy reducido el paisaje de teorías alternativas“.

Representación de un GRB creado por el colapso de dos estrellas de neutrones. Crédito: NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

Además de esto, el estudio conjunto de este evento ha permitido observar que en este tipo de fenómenos se producen una gran cantidad de metales pesados. “Se ha observado que en este tipo de procesos se crea, sólo en oro y platino, una masa aproximada a 10 veces la masa de la Tierra“, dice Zumalacarregui.

Por último, y relacionado con la velocidad de las ondas que decíamos antes, esta observación permite determinar el valor de H0 (constante de Hubble). Su valor nos dice la proporcionalidad entre la distancia de una galaxia y lo rápido que ésta se aleja. “La medida permite determinar H0, la onda gravitacional dice la distancia y la luz el redshift. La medida no es muy competitiva todavía, pero es independiente de todas las otras técnicas usadas hasta ahora. Esto es importante porque hay una discrepancia en el valor de H0 medido con ceféidas, supernovas, etc, y el valor obtenido con el fondo cósmico de microondas asumiendo el Modelo Estándar Cosmológico” finaliza Zumalacarregui.