viernes, 06 de diciembre del 2019 Fecha
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¿Ondas gravitatorias? Otra manera de mirar el Universo

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Ondas gravitacionales    ~    Comentarios Comments (5)

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Me parece al caso traer aquí este trabajo que puse hace algún tiempo ya, toda vez que el hallazgo de las Ondas gravitacionales causó un gran revuelo en toda la comunidad científica y en el público en general cuando anunciaron desde el Proyecto LIGO el hallazgo de dicho fenómeno. Le dieron el Nobel a sus precursores (entre ellos Thorne) y, desde entonces, el silencio ha sido sepulcral. Creo que incluso han refinado técnicamente la estructura de LIGO para que capte con más agudeza las ondas gravitacionales. Sin embargo, poco se nos cuenta de que hayan conseguido avances en este campo.

Kip Thorne at Caltech.jpg

         Kip Stephen Thorne

Lo que nos cuentan Kip S. Thorne y  otros especialistas en Agujeros negros nos posibilitan para entender algo mejor los mecanismos de estos extraños objetos que aún esconden misterios que no hemos sabido resolver. Está claro que muchas de las cosas que sobre agujeros negros podemos leer son, en realidad, especulaciones de cosas que se deducen por señales observadas pero que, de ninguna manera, se pueden tomar como irrefutables verdades, más bien, las tomaremos como probables o muy probables de acuerdo a los resultados obtenidos de muchos experimentos y, ¿por qué no? de muchas horas de prácticas teóricas y pizarras llenas de ecuaciones que tratan de llegar al fondo de un saber que, desde luego, nos daría la clave de muchas cuestiones que en nuestro Universo son aún desconocidas.

 De lo que debemos tener pocas dudas a estas alturas es del hecho cierto de que objetos hipermasivos causan distorsiones espaciotemporales y, como decía Einstein, en presencia de grandes masas el espacio construye su geometría.

En el corazón de una galaxia lejana, a más de 1.000 millones de años-luz de la Tierra y hace 1.000 millones de años, se acumuló un denso aglomerado de gas y cientos de millones de estrellas. El aglomerado se contrajo gradualmente, a medida que algunas estrellas escapaban y los 100 millones de estrellas restantes se hundían más hacia el centro. Al cabo de 100 millones de años, el aglomerado se había contraído hasta un tamaño de varios años-luz, y pequeñas estrellas empezaron, ocasionalmente, a colisionar y fusionarse, formando estrellas mayores. Las estrellas mayores consumieron su combustible y luego implosionaron para formar agujeros negros; y, en ocasiones, cuando dos de estos agujeros pasaban uno cerca del otro, quedaban ligados formando pares en los que cada agujero giraba en órbita alrededor del otro.

Cuando se forma un par de agujeros negros binarios semejantes, cada agujero crea un pozo profundo (intensa curvatura espacio-temporal) en la superficie insertada y, a medida que los agujeros giran uno en torno al otro, los pozos en órbita producen ondulaciones de curvatura que se propagan hacia afuera a la velocidad de la luz. Las ondulaciones forman una espiral en el tejido del espacio-tiempo en torno al sistema binario, muy semejante a la estructura espiral del agua que procede de un aspersor que gira rápidamente. Los fragmentos de curvatura forman un conjunto de crestas y valles en espiral en el tejido espacio-temporal.

http://eltamiz.com/wp-content/uploads/2007/12/onda-gravitatoria1.jpg

Puesto que la curvatura-espaciotemporal es lo mismo que la gravedad, estas ondulaciones de curvatura son realmente ondas de gravedad (ondas gravitatorias). La Teoría de la Relatividad General de Einstein predice, de forma inequívoca, que tales ondas gravitatorias deben producirse siempre que dos agujeros negros orbiten uno en torno al otro.

Cuando parten hacia el espacio exterior, las ondas gravitacionales producen una reacción sobre los agujeros de la misma forma que una bala hace retroceder el fusil que la dispara. El retroceso producido por las ondas aproxima más los agujeros y les hace moverse a velocidades mayores; es decir, hacen que se muevan en una espiral que se cierra lentamente y hace que se vayan acercando el uno hacia el otro. Al cerrarse la espiral se genera poco a poco energía gravitatoria, una mitad de la cual va a las ondas y la otra mitad va a incrementar las velocidades orbitales de los agujeros.

 

El movimiento en espiral de los agujeros es lento al principio; luego, a medida que los agujeros se acercan, se mueven con mayor velocidad, radian sus ondulaciones de curvatura con más intensidad, y pierden energía y se cierran en espiral con más rapidez. Finalmente, cuando cada agujero se está moviendo a una velocidad cercana a la de la luz, sus horizontes se tocan y se fusionan. Donde una vez hubo dos agujeros, ahora sólo hay uno mucho mayor.

http://chandra.harvard.edu/photo/2005/j0806/j0806_2panel.jpg

El horizonte del agujero giratorio queda perfectamente liso y con su sección ecuatorial circular, con la forma descrita precisamente  por la solución de Kerr a la ecuación de campo de Einstein. Cuando se examina el agujero negro liso final, no hay ningún modo de descubrir su historia pasada. No es posible distinguir si fue creado por la coalescencia de dos agujeros más pequeños, o por la implosión directa de una estrella supermasiva construida por materia, o por la implosión directa de una estrella constituida por “antimateria”. El agujero negro no tiene “pelo” a partir del cual se pueda descifrar su historia.

Ilustración

                                    También dos estrellas de neutrones pueden producir ondas

Sin embargo, la historia no se ha perdido por completo: ha quedado un registro codificado en las ondulaciones de la curvatura espacio-temporal que emitieron los agujeros coalescentes. Dichas ondulaciones de curvatura son muy parecidas a las ondas sonoras de una sinfonía. De la misma forma que la sinfonía está codificada en las modulaciones de las ondas sonaras (mayor amplitud aquí, menor allí), también la historia de la coalescencia está codificada en modulaciones de las ondulaciones de curvatura. Y de la misma forma que las ondas sonoras llevan su sinfonía codificada desde la orquesta que la produce hasta la audiencia, también las ondulaciones de curvatura llevan su historia codificada desde los agujeros fusionados hasta los rincones más lejanos del Universo lejano, lo único que tenemos que hacer es construir la estructura capaz de captarlas.

Resultado de imagen de Agujeros negros binarios

Las ondulaciones de curvatura viajan hacia afuera por el tejido del espacio-tiempo a través del conglomerado de estrellas y gas del que nacieron los agujeros. El aglomerado no absorbe las ondulaciones ni las distorsiona en absoluto; la historia codificada de las ondulaciones permanece perfectamente invariable, se expanden hacia el exterior de la galaxia madre del aglomerado y el espacio intergaláctico, atraviesan el cúmulo de galaxias del que forma parte la galaxia progenitora, luego siguen atravesando un cúmulo de galaxias tras otro hasta llegar a nuestro propio cúmulo, dentro del cual está nuestra Vía Láctea con nuestro Sistema Solar, atraviesan la Tierra, y continúan hacia otras galaxias distantes.

http://4.bp.blogspot.com/_yd9OLN_xAiw/SeXI-2qdPXI/AAAAAAAAEIE/B4pD0a4_kAw/s400/16.jpg

Claro que, en toda esta historia había un fallo, los físicos humanos, no eran lo suficientemente hábiles para haber podido construir aparatos capaces de detectar y oír las sinfonías  mencionadas con entusiasmo por el Sr. Thorne y, que según el creía, eran mensajes que nos traen esas ondas de gravedad de los agujeros negros binarios.

Resultado de imagen de LOs premios NObel por las ondas gravitatorias

Finalmente, a los precursores teóricos de las ondas gravitacionales, los tres físicos que en la imagen se mencionan, pudieron ser premiados cuando se confirmó el hallazgo de sus predicciones.

Antes de ellos era como si no pudiéramos oír esa hermosa sinfonía que nos mostraría un nuevo Universo por nosotros desconocido. Ahora sabemos que por medio de potentes telescopios podemos conocer lo que es el Universo, podemos observar galaxias lejanas y estudiar cúmulos de galaxias o de estrellas y captar las imágenes de bonitas Nebulosas, todo eso es posible gracias a que al captar la luz que emitieron esos objetos cosmológicos hace decenas, cientos, miles o millones de años como señal electromagnética que viajando a la velocidad de c, hace posible que podamos ver lo observado como era entonces, en aquel pasado más o menos lejano.

Resultado de imagen de LOs premios NObel por las ondas gravitatorias

De la misma manera, ahora, podemos captar sucesos lejanos a través de las ondas gravitatorias emitidas por estos objetos misteriosos, se podrán llegar a captar con tal claridad que nos permitirá saber de otra faceta (ahora) desconocida del Universo, y, sobre todo, podremos entender el pasado de esos densos objetos que, de momento, nos resultan exóticos y también extraños.

emilio silvera

 

  1. 1
    Pedro
    el 25 de febrero del 2019 a las 15:07

    Vamos aarizar el rizo:Acerca de la velocidad de propagación de  las ondas gravitacionales, ¿Cuáles son las razones que les inducen a pensar que su propagación  son de la misma velocidad que las de la luz (u ondas electromagnéticas) siendo tan dispares sus caracteristicas?
    Supongo que por análisis matematicos ya que no hay nada experimental que lo demuestre, solo teoría y deducción. 
    Ejemplo: dos estrellas neutronicas binarias y su colisión ,  desprenden ondas electromagnéticas y ondas gravitacionales.
    Colisión de dos A.N. desprenden ondas gravitacionales y no ondas electromagnéticas.

    Resulta que tanto fotones, gluones, gavitrones no tienen masa, son mediadora de de interaccion , ninguna de ellas forman agregados de materia a diferencia de los fermiones.

    ¿Porque su propagación (ondas gravitacionales) no puede ser superior a c, como ocurren con la expansión acelerada del propio espacio vacío? Si el espacio es un tejido espacio temporal su propagación en teoría no debería tener dicho límite. (c).

        Ninguna partícula puede superar c, ya que sufre un aumento de masa, y no hay suficiente energía, ya que a medida que aumentas velocidad aumentas su masa, osea un imposible, pero en el caso del propio espacio tiempo su energía disponible es toda la del universo presente sin límites de ninguna clase. Saludos.   a

    Responder
  2. 2
    Pedro
    el 25 de febrero del 2019 a las 19:34

    Su velocidad de propagación dependería del medio que atraviese, si es muy distorsionado o menos, osea osea en función de la densidad de energía adyacente. 

    Responder
  3. 3
    Pedro
    el 25 de febrero del 2019 a las 19:45

    No lo sé pero seguro que la velocidad de la luz, cuando se forman lentes gravitacionales disminuye. Salvo que también se mueva el espacio donde transcurre tal rayo de luz. Que es lo más probable. Osea la luz se mueve a esa velocidad porque también se mueve a esa velocidad el entorno que la rodea. No obstante los planetas no se mueven a la velocidad de la luz, osea todo embrollo, Salvo que haya espacios expandiéndose y otros contrayéndose a distintas velocidades.

    Responder
  4. 4
    emilio silvera
    el 26 de febrero del 2019 a las 5:55

     
    “En la relatividad general se propagan a exactamente la misma velocidad que las ondas electromagnéticas por el vacío: a la velocidad de la luz. A estos cambios que se propagan se les llama ondas gravitatorias.”

    “En una publicación se informó que según los expertos las ondas cuya captación se dio a conocer el 11 de febrero de 2016 provienen de la colisión de dos agujeros negros, uno veintinueve veces más grande que el Sol y el otro con un tamaño treinta y seis veces mayor, que crearon un nuevo agujero de una magnitud equivalente a sesenta y dos veces la masa de la estrella solar.​ Ese evento pudo ser “escuchado” por LIGO y después de varios meses de revisar y corroborar los datos los investigadores acaban de comunicar con seguridad que se trata de las ondas gravitatorias.​ Hasta ahora los objetos del espacio se habían podido estudiar con ondas electromagnéticas, es decir con la radiación que emitían. Sin embargo, esos objetos también emiten las ondas resultantes de las perturbaciones que se han detectado de modo que a partir de su descubrimiento los físicos podrán mirar los objetos con las ondas electromagnéticas y “escucharlos” con las gravitatorias. En la última publicación mencionada​ se informa que según una científica que participó en el proyecto el descubrimiento de las ondas gravitatorias marca el comienzo de una nueva era de la astronomía, es una herramienta que permitirá estudiar el Universo y todos los objetos astrofísicos que existen y no es un instrumento para expandir un poco más el espectro electromagnético sino un espectro nuevo. Esa experta señala que con las ondas electromagnéticas se puede recibir información del Universo cuando tenía una edad de 300.000 años mientras que con las ondas gravitatorias se pueden ver las que se emitieron cuando el Universo “tenía apenas un segundo de edad.”

    Se confirma la velocidad de la gravedad como la predijo Einstein ”La velocidad de la gravedad, como la velocidad de la luz, es una de las constantes fundamentales en el Universo”, dijo a Phys.org Neil Cornish, físico de la Universidad de Montana State. “Hasta el advenimiento de la astronomía de ondas gravitacionales, no teníamos forma de medir directamente la velocidad de la gravedad”.    En los últimos meses, los físicos han progresado muy rápido al limitar la velocidad de la gravedad utilizando observaciones de ondas gravitacionales.”Leer mas: https://www.europapress.es/ciencia/astronomia/noticia-confirma-velocidad-gravedad-predijo-einstein-20171103171110.html
    Esa es la velocidad que los físicos le atribuyen a las ondas gravitacionales… 

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  5. 5
    Emilio Silvera
    el 26 de febrero del 2019 a las 6:04

    Otra cosa será saber (no lo han explicado al público), de qué manera miden los científicos la velocidad a la que se desplazan las ondas gravitatorias, ya que, si esos agujeros negros que produjeron las primeras que detectaron se encontraban a años luz de distancia… ¿Cómo supieron cuando partieron y el espacio recorrido hasta que las captaron? Supongo que tendrán un sistema que les facilite los datos necesarios para calcular con “precisión” la velocidad del desplazamiento por el Espacio Interestelar.

    Supongo que al ser transportada por bosones sin masa (como ocurre con la luz), esa es la velocidad que alcanza todo fenómeno que se desplace por el espacio vacío mediante la mediación de fotones y “gravitones”. De todas las maneras, sí que deberían dar más explicaciones de fácil entendimiento al público en general.

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