I) En busca de lo indetectable. La interferometría y las ondas gravitacionales

La luz del cosmos que percibimos con nuestros ojos no es más que una pequeñísima muestra de lo que producen los objetos astronómicos. En conjunto empieza con las ondas de radio; pasa por el infrarrojo que sentimos como calor en la piel, atraviesa el arcoíris del rojo al azul y sigue por el ultravioleta y los rayos X hasta los rayos gamma. La mayor parte de este espectro no penetra la atmósfera y es generado por reacciones nucleares y partículas aceleradas que emiten luz en todos estos colores. Su observación con diferentes instrumentos nos permite investigar fenómenos en una diversidad de condiciones de temperatura y densidad: desde milésimas de grado por encima del cero absoluto, hasta cientos de millones de grados; del vacío casi completo, hasta la densidad de un núcleo atómico. Pero, como en la vida, no todo se puede hacer con una sola herramienta, por más que uno quiera.

Hace ciento diez años Albert Einstein publicó su teoría general de la relatividad, un esquema que describe la manera en la que la materia y la energía se acoplan al espacio-tiempo, concepto que él desarrolló diez años antes, en la teoría especial. Es una idea elegante que nos permite entender el Universo a través de objetos en condiciones muy diferentes a las que encontramos en la Tierra, como los agujeros negros y las estrellas de neutrones. Las ondas gravitacionales se generan en movimientos de materia que producen perturbaciones en el espacio-tiempo viajando a la velocidad de la luz. Estas olas son extremadamente difíciles de detectar pues casi no interactúan con otros objetos. Se requiere de grandes cantidades de materia moviéndose a velocidades cercanas a la de la luz –como sucede en la explosión de una supernova– para producir una señal que pueda ser detectable incluso dentro de la galaxia donde sucedió el evento. Parecía imposible construir un aparato que permitiera observarlas directamente, pero la tentación era irresistible tanto para confirmar una predicción de la teoría, como para tener una ventana hacia situaciones imposibles de observar directamente con luz. Sabíamos que entre los sistemas más viables para permitir estas observaciones se encuentran las estrellas binarias, que incluyen objetos compactos capaces de entrelazarse y fusionar en las últimas etapas de su evolución, liberando en unos segundos tanta energía en luz y ondas como el Sol en toda su vida.

En la segunda mitad del siglo XX se desarrollaron grandes esfuerzos colaborativos en ciencia e ingeniería en los detectores LIGO (Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory) en Estados Unidos y, después, VIRGO, en Italia, para detectar ondas gravitacionales directamente utilizando la interferometría. El paso de la onda por la Tierra deforma ligeramente y de manera diferenciada grandes túneles al vacío ortogonales entre sí donde la superposición de la luz de un haz láser que viaja en su interior produce alternadamente oscuridad y brillo al ritmo del paso de la perturbación.

La culminación de estos esfuerzos se dio en septiembre de 2015. Unos días antes del arranque de la primera temporada de observación y cien años después de la publicación de la teoría de Einstein, todavía en etapa de pruebas de ingeniería, LIGO detectó su primera fusión de un sistema binario de dos agujeros negros. Dos años más tarde, en agosto de 2017, LIGO pudo ver por primera vez la fusión de un sistema binario de dos estrellas de neutrones, simultáneamente detectado como un destello de rayos gamma. Este fue el primer objeto en la historia de la astronomía observado al mismo tiempo en dos espectros distintos y complementarios, con lo que se abrió la era de la astronomía electromagnética y gravitacional en forma combinada. Es como si sólo hubiésemos tenido ojos para interactuar con el mundo y súbitamente pudiéramos escucharlo también, ampliando las posibilidades para mejorar nuestro entendimiento del Universo con una red de observatorios que está siendo mejorada continuamente y que ya está transformando múltiples campos de investigación en astronomía.

---