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CIENCIA

18 de noviembre de 2021

Detectan un “tsunami” de ondas gravitacionales: cómo pueden cambiar lo que sabemos del universo

Una reciente investigación registró un nuevo récord de estas ondulaciones provocadas por el choque violento de dos objetos hipermasivos

Un fenómeno que Albert Einstein predijo hace más de 100 años y que fue observado por primera vez en 2015, ahora registra un nuevo récord. Se trata de las ondas gravitacionales, ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo que ocurren cuando dos objetos hipermasivos, como los agujeros negros, chocan violentamente.

Una reciente investigación de los observatorios LIGO, en Estados Unidos; Virgo, en Italia, y KAGRA en Japón, en la que participaron cientos de científicos, afirma haber detectado el mayor número de ondas gravitacionales hasta la fecha.

Este hallazgo puede ayudar a resolver algunos de los enigmas más complejos del universo, incluyendo los componentes fundamentales de la materia y el funcionamiento del espacio y el tiempo.

“Esta es realmente una nueva era para la detección de ondas gravitacionales”, dijo en un comunicado Susan Scott, investigadora del Centro de Astrofísica Gravitacional de la Universidad Nacional de Australia y una de las autoras del estudio.

“Es un gran avance en nuestra búsqueda para descubrir los secretos de la evolución del universo”, dijo la experta.

La publicación con los resultados de las observaciones aun está bajo revisión, pero con este anuncio, el “futuro de la colaboración LIGO-Virgo-KAGRA es muy prometedor”, según le dijo a BBC Mundo Eduard Larrañaga, físico teórico y profesor del Observatorio Nacional de Colombia, quien no estuvo involucrado en la investigación.

Un tsunami de ondas gravitacionales
El trabajo colaborativo de LIGO-Virgo-KAGRA detectó 35 nuevas ondas gravitacionales entre noviembre de 2019 y marzo de 2020.

Esta cantidad es más de 10 veces el número de ondas gravitacionales que LIGO-Virgo habían detectado en su primera ronda de observaciones, que ocurrió durante cuatro meses entre 2015 y 2016. “Es un tsunami”, asegura Scott.

De las 35 ondas detectadas, 32 son el resultado de choques entre pares de agujeros negros que se fusionan, y tres corresponden a colisiones entre estrellas de neutrones y agujeros negros.

Estos choques monumentales ocurrieron en su mayoría a miles de millones de años luz, generando ondas a través del espacio-tiempo.

Con este hallazgo, ya son 90 ondas gravitacionales que se han detectado entre 2015 y 2020.

Qué son las ondas gravitacionales
Cuando los objetos cósmicos se mueven o colisionan, generan una ondulación en el tejido del espacio-tiempo, que se extiende como una onda lo hace a través del agua de un estanque. A ese fenómeno se le llama onda gravitacional.

Las mismas estiran el espacio-tiempo en un sentido y lo comprimen en el otro.

Albert Einstein predijo teóricamente la existencia de las ondas gravitacionales, como parte de su teoría de la relatividad general, en 1916.

Einstein calculó que al llegar a la Tierra esas ondas serían tan débiles que nunca podrían ser detectadas. En 2015, sin embargo, se logró la primera detección de una onda gravitacional.

Las ondas gravitacionales permiten tener una visión más amplia del universo, porque no limita las observaciones a los objetos que emiten luz o desprenden partículas, sino que permiten detectar objetos a partir de la perturbación que generan en el espacio-tiempo.

Diversidad
Este nuevo catálogo de ondas gravitacionales es clave para entender la naturaleza de los agujeros negros y la evolución de las estrellas.

“Solo ahora estamos empezando a apreciar la maravillosa diversidad de agujeros negros y estrellas de neutrones”, dijo en un comunicado Christopher Berry, astrónomo del Instituto de Investigaciones Gravitacionales de la Universidad de Glasgow.

Las observaciones, por ejemplo, mostraron que las ondas gravitacionales eran el resultado de la fusión de agujeros negros que juntos lograban una masa más de cien veces mayor que la del Sol, mientras que otros no llegaban a ser 20 veces mayor.

Scott, por su parte, sostiene que observar la masa y el giro de los pares de agujeros negros que se fusionan, permite ver cómo surgen estos sistemas binarios.

Sensibilidad
El récord de LIGO-Virgo-KAGRA fue posible gracias al avance en la ciencia y la tecnología en la detección de ondas gravitacionales.

Los detectores de ondas gravitacionales funcionan mediante láseres de alta potencia que miden con alta precisión el tiempo que le toma a la luz viajar entre dos brazos ubicados en forma de L.

Cuando una onda gravitacional llega a la Tierra, comprime el espacio-tiempo en una dirección y lo estira en el otro, lo cual hace que se perturbe el recorrido de los láseres.

Los detectores como LIGO (Observatorio por Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales) son capaces de detectar estas perturbaciones que ocurren a escalas subatómicas.

Desde 2015, estos instrumentos se fueron volviendo más sensibles, lo que permite detectar más ondas.

Según Scott, el aumento de la sensibilidad de los detectores con el tiempo permitirá identificar nuevas fuentes de ondas gravitacionales, algunas de las cuales serán inesperadas.

Una de esas fuentes podría ser, por ejemplo, la radiación gravitacional generada por el propio Big Bang.

 


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