En septiembre de 2015, un instrumento en Estados Unidos registró una señal minúscula que había viajado por el cosmos durante más de mil millones de años. Era la primera detección directa de ondas gravitacionales, producidas por la fusión de dos agujeros negros. Se abrió así una nueva forma de observar el universo.
La relatividad general describe la gravedad como la curvatura del espacio-tiempo. Cuando masas muy grandes aceleran de forma violenta, como dos agujeros negros girando uno alrededor del otro, producen ondulaciones en esa curvatura que se propagan a la velocidad de la luz. Son parecidas a las ondas en un estanque, pero en el tejido del propio espacio.
Al pasar, una onda gravitacional estira y comprime el espacio en direcciones alternas, pero lo hace en una magnitud ínfima. La señal detectada en 2015 cambió la longitud de brazos de cuatro kilómetros en una fracción minúscula del diámetro de un protón. Por eso Einstein pensaba que sería imposible detectarlas.
El observatorio LIGO usa dos brazos perpendiculares con un láser que se divide y viaja por ambos, se refleja en espejos y vuelve a unirse. Si los brazos tienen exactamente la misma longitud, las ondas se cancelan. Cuando pasa una onda gravitacional, uno se alarga y el otro se acorta, y el patrón de interferencia cambia. Instrumentos similares, como Virgo en Italia y KAGRA en Japón, permiten triangular la ubicación de las fuentes.
Los detectores deben aislarse de vibraciones sísmicas, tráfico, cambios de temperatura e incluso del ruido cuántico de la luz láser. Se emplean sistemas de suspensión complejos, espejos casi perfectos y técnicas de procesamiento para separar la señal. Es una de las mediciones más precisas jamás realizadas.
Desde la primera detección se han registrado decenas de eventos: fusiones de agujeros negros de distintas masas y de estrellas de neutrones. En 2017 se detectó la colisión de dos estrellas de neutrones junto con luz en todo el espectro, lo que permitió estudiar la producción de elementos como el oro y confirmar que las ondas viajan a la velocidad de la luz.
Hasta ahora observábamos el universo con luz. Las ondas gravitacionales ofrecen información complementaria, ya que atraviesan la materia sin obstáculos y revelan eventos oscuros que no emiten luz. Combinarlas con observaciones electromagnéticas y de neutrinos da lugar a la llamada astronomía de múltiples mensajeros.
Se planean detectores espaciales, como LISA, formados por satélites separados por millones de kilómetros, capaces de captar ondas de frecuencia más baja, como las de fusiones de agujeros negros supermasivos. También se usan púlsares como detectores cósmicos para fondos de ondas aún más lentas.
Las ondas gravitacionales de una fusión tienen frecuencias dentro del rango audible. Si se convierten a sonido, producen un breve gorjeo que sube de tono cada vez más rápido hasta un final abrupto: el momento en que los dos objetos se unen. Los científicos han publicado estas sonificaciones, que no son grabaciones de sonido real, sino una traducción de la señal. Escucharlas ayuda a entender el fenómeno y recuerda que el espacio-tiempo puede vibrar como una campana.
Las ondas gravitacionales nos permiten escuchar el universo y no solo verlo. Cada detección confirma las predicciones de Einstein y abre la puerta a descubrimientos inesperados.