Ones gravitacionals

Va ser l’esdeveniment científic de la setmana i, amb tota seguretat, el fet que mereixerà un premi Nobel en els propers anys. Dijous passat es va anunciar la detecció per primera vegada d’ones gravitacionals. El fenomen predit per Albert Einstein fa noranta-vuit anys s’ha confirmat.

Amb la Teoria de la relativitat ja ens anem acostumant a que les coses siguin estranyes. Potser no tant com amb la teoria quàntica, però Déu ni do! Ara sabem que el temps transcorre a diferent ritme segons la velocitat a la que et moguis i que l’espai es pot deformar per la presencia de objectes massius. En el cas de l’espai sempre es posa l’exemple d’una xarxa tensada horitzontalment en la que hi poses un globus i no passa res, però si hi poses una bola de ferro molt pesant, la xarxa es deforma al seu voltant.

Però encara li poden passar més coses a aquesta xarxa que forma l’essència de l’espai. Si hi ha una alteració important en la gravetat, la xarxa (el mateix espai) es deforma tant intensament que acaba vibrant i emetent ones. Unes ones que fan que l’espai s’allargui en una direcció i s’escurci en una altra. Agafa una raqueta, dóna-li un cop i veuràs un bon exemple del que li passa a l’espai quan hi ha un cataclisme gravitacional.

El problema és que aquestes ones són extremadament febles. Tant, que el mateix Einstein va dubtar que mai s’arribessin a detectar. Ell, que va tenir clar com era de gran l’estupidesa humana, es va quedar curt al valorar l’enginy humà. Perquè finalment les hem pogut detectar gràcies al experiment LIGO.

EL nom vol dir Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, és a dir Observatori d’ones gravitacionals per interferometria de làser. La idea es agafar dos raigs làser enviats en sentits que surten formant un angle de noranta graus. Fer-los rebotar en un mirall a quatre quilòmetres i veure com tornen. Aleshores, per mètodes d’interferometria, que ara no venen al cas, poden verificar que han fet exactament el mateix trajecte. I poden verificar-ho amb una precisió inimaginable. Si un feix làser modifica el seu recorregut en una fracció del nucli d’un àtom, ells ho detecten. LIGO és, per ara, l’aparell més precís mai inventat.

El cas és que el catorze de setembre passat, una ona gravitacional va creuar la Terra. L’havien generat fa 1300 milions d’anys dos forats negres que es van fusionar creant-ne un de sol. S’ha dit que quan va tenir lloc aquella fusió es va generar, durant una fracció de segon, més energia que totes les estrelles de l’univers plegades. Aquesta energia va generar les ones gravitacionals que el LIGO va detectar. El que van notar és que un dels seus braços es va fer imperceptiblement més gran i l’altre més petit. Podria ser un accident, però LIGO no és un únic detector. N’hi ha uns quants en construcció però ara mateix ja n’hi ha dos en funcionament, un a Louisiana i l’altre a l’estat de Washington. El segon detector va notar exactament la mateixa pertorbació amb set mil·lisegons de diferència. Just el temps esperable per una ona gravitacional que es mou a la velocitat de la llum.

De manera que les ones gravitacionals existeixen, que Einstein tenia raó i que ara podrem mirar l’Univers amb uns altres ulls. Fa segles es van inventar els telescopis i vàrem poder veure objectes lluminosos molt més enllà de la capacitat del nostres ulls. Després es van inventar radiotelescopis que ens permetien trobar fonts de radio. Els telescopis de raigs X, els de infrarojos, detectors de neutrins… mica a mica hem anat inventant aparells per detectar coses que hi ha al cosmos i que no podíem veure. El que passa és que, fins ara, calia que aquests objectes emetessin alguna cosa; llum, radioones, raigs X, neutrins… Però ara ja no caldrà. Podrem detectar la seva presencia només per l’efecte que tinguin en la mateixa estructura de l’espai.

Els humans érem com observadors en una illa que durant la nit vèiem passar la llum dels vaixells o que detectàvem els seus senyals de radio. A partir d’ara ja no caldrà que enviïn res perquè podrem detectar el que hi ha a prop de la illa només analitzant les onades que genera i que arriben a la costa.

8 comentaris

  • Josep Ma Rovira

    18/02/2016 22:09

    Carai quin nivells de comentaris!!!
    Moltes gràcies Joan Codina i Jordi Domènech.

    Dona molt de gust llegir-vos i entendre-us a la primera :)

  • Jordi Domènech

    15/02/2016 15:46

    Josep Ma:
    Amb la relativitat general podem calcular com serà l’ona produïda per la fusió de dos forats negres, de la mateixa manera que amb les equacions de Maxwell podem calcular les ones electromagnètiques que produirien en un sistema de dues càrregues elèctriques en moviment.
    La detecció d’un senyal que es correspon precisament al que creiem que es produiria per la fusió de dos forats negres de massa estel·lar, fa sospitar que, efectivament, aquest fenomen és el que ha succeït.
    La forma de l’ona, específicament la durada del tren d’ones, depèn de les masses absolutes en qüestió i permet calcular la quantitat d’energia emesa. Com que podem mesurar l’amplitud del senyal detectat aquí, per una llei d’inversa del quadrat, en principi, es pot deduir aproximadament la distància de l’esdeveniment.
    Amb dues antenes de ràdio, podem triangular una font terrestre, perquè sabem que està a la superfície de la Terra —o prop d’ella—. En el cas d’ones gravitatòries en un espai de tres dimensions, la diferència de temps d’arribada del senyal només ens aportaria un angle, o sigui que determinaria un cercle en la volta celeste, amb la direcció del vector definit pels dos detectors apuntant al centre. Però la informació de la fase de les ones, permet determinar aproximadament en quin punt d’aquest cercle hi ha la font.
    Al menys, això és el que van explicar quan plantejaven construir els detectors. He de suposar que la base de les mesures és aquesta, a manca d’explicacions concretes sobre l’esdeveniment que van detectar.

  • Joan Codina

    15/02/2016 15:36

    @Josep Ma Rovira: Una resposta curta. Amb la corba veuen que es correspon a les prediccions que la Relativitat General de la fusió de dos forats negres (ja tenien tota una “llista” de senyal rebuda – fenomen físic), després, per les freqüències d’oscil·lació poden determinar les dues masses i finalment coneixen la distància a la font d’emissió per l’amplitud de les ones.

  • Josep Ma Rovira

    15/02/2016 14:47

    Hola a tothom
    Jo el tema de la deformació del continu espai-temps ho entenc molt bé, crec que tant, que molts exemples que explicaven l’origen de les ones gravitacionals no està ben fet.
    Ara bé, explicar-ho bé hom corre el risc de que no l’entenguin.

    El que on he entès és d’on treuen que la rebuda de les ones es deu a la fusió de dos forats negres i que es troben a més de 1.000 anys llum de distància. Entenc que amb dos aparells puguin mesurar la direcció i amb més triangular-la (com amb les ones de radio), però com ho han fet?

    Gràcies per l’article Dani, ara et repilaré

  • Joan Codina

    15/02/2016 10:27

    ^.^

  • Pons

    15/02/2016 9:48

    Tenim sort de viure en un univers tan… tan… interessant, si interessant es la paraula

  • Daniel Closa

    15/02/2016 9:12

    A tu i a tots. Però acceptar-ho és un esforç similar al que vàrem fer de petits quan ens van dir que la Terra era rodona i que hi havia qui vivia “cap per avall”. Totalment contraintuitiu, però és el que hi ha.

  • Carquinyol

    15/02/2016 8:49

    A mi això de deformar la xarxa espai-temps és una d’aquelles coses que encara em costen d’entendre, la teoria la comprenc però quan penso en el com ja vaig perdut…

Comenta

*

(*) Camps obligatoris

L'enviament de comentaris implica l'acceptació de les normes d'ús