La fuerza de la gravedad hace posible que planetas se mantengan en órbitas estables por miles de millones de años, implicando la posibilidad de la evolución biológica y del desarrollo de inteligencia avanzada entre otras cosas. Pero gravedad también es la causa de algunos de los eventos más cataclísmicos en el Universo.

Cuando dos agujeros negros colisionan, constreñidos por la gravedad, en el instante de la fusión se produce un tirón gravitacional qué resquiebra espacio-tiempo y crea ondas características partiendo en el lugar del evento. Son las “ondas gravitacionales” que deforman espacio-tiempo en una manera ya predicho por Albert Einstein más de 100 años atrás, pero nunca detectadas, hasta recientemente. Para este fin, se creó el interferómetro LIGO (“Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory”). En realidad, hay dos observatorios LIGO, ambos en los E.E.U.U., uno en Hanford (estado de Washington), el otro en Livingston (estado de Louisiana), con una distancia de 3002 km entre ellos. Cada uno de ellos consiste en un arreglo de dos brazos perpendiculares, cada uno de 4 km longitud, con un arreglo de espejos, que refleja luz de un láser y puede medir cambios en la distancia entre los espejos (ubicados en distancias de kilómetros) con una precisión de 10^-18 metros, correspondiendo a menos de un milésimo del tamaño de un protón. Para lograr esto, unos 500 científicos del consorcio LIGO están trabajando desde hace más de 20 años en la frontera tecnológica de sistemas mecánicos, tecnología de láseres, óptica y ciencias del vacío. – Sólo detecciones simultáneas en ambos interferómetros valen como una señal real de una onda gravitacional porque otros fenómenos terrestres locales (actividad sísmica, temporales etc.) podrían causar señales similares.

La primera señal significante apareció el 14 de septiembre de 2015 en los dos interferómetros LIGO. Su análisis sugirió que fue producida por la fusión de dos agujeros negros con masas de 36 y 29 veces la masa del Sol, resultando en un agujero negro único de 62 masas solares. Las 3 masas solares restantes corresponden a energía emitida en forma de ondas gravitacionales, según la equivalencia entre masa y energía (E = m ∙ c²). El acontecimiento ocurrió a una distancia de unos 1.3 miles de millones de años luz, muy lejos de nuestra Vía Láctea. El máximo de potencia emitido superó (por un instante muy corto) la potencia luminosa combinada radiada por todas las estrellas en el universo observable. Un segundo evento fue detectado el 26 de diciembre de 2015; también se refiere a la fusión de dos agujeros negros de 14 y 8 masas solares, resultando en un agujero negro de 21 masas solares, mientras una masa solar se transformó en energía.

¿Por qué todo esto es tan importante? Porque esto marca el inicio de una nueva manera de observar el Universo, no, como antes, vía ondas electromagnéticas (luz visible, ultravioleta o infrarroja, rayos X y gama, ondas radio) o partículas elementales (neutrinos, rayos cósmicos). Por eso, con esto se abre una nueva ventana para captar eventos cósmicos catastróficos, testigos de la liberación de cantidades de energías increíbles, imposible a registrar con métodos convencionales. Se instalará otros interferómetros en la Tierra, en Europa, Japón y Australia: todos estos ayudarán a mejorar la precisión de la señal y determinar la dirección de su origen. Pero estos observatorios están limitados, por efectos de la atmosfera terrestre, el ruido debido a la actividad humana y natural (como sísmica) y, sobre todo, por una línea de base limitada a pocos miles de kilómetros de distancia entre los observatorios. Mientras más distantes entre sí colocamos los observatorios (con brazos más largos) más precisamente podemos medir posiciones en el cielo y, en consecuencia, variaciones en el espacio-tiempo. Por eso, ya se proyecta interferómetros en el espacio, cubriendo varios millones de kilómetros entre los componentes ópticos de ellos, como LISA (Laser Interferometer Space Antenna). Pero este sistema no va a estar operacional antes de 2030. ¡Paciencia, entonces!

La astronomía de ondas gravitacionales ayudará a explorar algunas de las grandes cuestiones de la física: ¿Cómo se forman los agujeros negros? ¿Es la relatividad general la descripción correcta de la gravedad? ¿Cómo se comporta la materia bajo las condiciones extremas de temperatura y presión de las estrellas de neutrones y las supernovas?