Sutiles variaciones en la órbita de la Luna alrededor de la Tierra ocurren por el paso de una clase de ondas gravitacionales actualmente indetectables. Esas ondas se emitieron en los momentos iniciales del Universo, justo después del Big Bang, o derivan del movimiento de enormes agujeros negros emplazados en el centro de las galaxias.
Un nuevo método para medir con precisión esas variaciones se propuso en un artículo publicado el año pasado. Ahora, el trabajo le ha merecido a sus autores – entre ellos Diego Blas, del Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) – uno de los premios Buchalter. Estos se otorgan cada año a investigadores que ensanchan con sus trabajos las fronteras de la cosmología.
El premio ha llegado en un momento en el cual diversos investigadores están pidiendo que se renueven los espejos que las misiones Apolo dejaron en la superficie de la Luna. Esos espejos permiten medir con gran precisión la posición del satélite, disparando láseres contra ellos desde la Tierra. Si se plantaran espejos más modernos, se podrían medir variaciones milimétricas en su posición, que revelarían el paso de ondas gravitacionales.
¿Qué son las ondas gravitacionales?
Las ondas gravitacionales son deformaciones del espacio-tiempo producidas por el movimiento de los objetos con masa. Su existencia fue prevista por Einstein y se detectaron por primera vez en 2015. Las que se consiguen captar suelen surgir de eventos muy violentos que implican grandes masas, como colisiones de agujeros negros. Las ondas gravitacionales proporcionan una nueva ventana de información para entender esos procesos.
¿Por qué algunas no se consiguen medir?
De momento, las ondas se detectan con los tres grandes interferómetros Ligo, Virgo y Kagra (en Europa, América y Asia respectivamente). Se trata de túneles en los cuales unos láseres rebotan entre espejos. Cuando pasa una onda, los espejos vibran y se detecta una interferencia en el láser. Estos dispositivos captan señales con una longitud de onda comparable con la talla del túnel, de algunos kilómetros. Otro sistema es observar la luz que llega a la Tierra desde especiales parejas de estrellas, los púlsares, cuya emisión se mide con gran precisión. Las variaciones en esa luz revelan ondas gravitacionales con longitudes de onda comparables con la distancia entre los púlsares y la Tierra, de millares de años luz. Las señales gravitacionales con longitudes de ondas intermedias entre esos dos extremos no se saben detectar.
¿Qué ocultan esa ondas sin detectar?
Al captar esas ondas “estaríamos viendo partes del Universo que todavía no se han visto”, afirma Blas. Por ejemplo, la teoría prevé que en el centro de las galaxia haya enormes agujeros negros (de mil veces la masa del Sol) que orbitan cada vez más rápido, dando vueltas enteras en pocos años y luego hasta en pocos meses o días. Esos emitirían ondas gravitacionales de la clase actualmente indetectable (técnicamente, las de la banda de los microhertzios). “Además, se podrían descubrir fuentes desconocidas”, explica Blas. Entre ellas, las gigantescas explosiones de energía que se dieron poco después del Big Bang, cuyas ondas gravitacionales deben estar viajando aún por el Universo, y son su único testigo, dado que en esa fase aún no existía la luz. El experimento NANOGrav ha detectado un fondo de ondas gravitacionales que podría tener ese origen. La medida propuesta por Blas podría averiguarlo.
¿Cómo podría ayudar la Luna?
Desde los años ’70, diversos científicos aventuraron unas ondas gravitacionales de esas características tenían el tamaño para alterar la distancia entre la Tierra y la Luna. La alteración del espacio-tiempo producido por la onda perturba el sistema y altera diversos de sus parámetros, empezando por sutiles cambios en la órbita y el periodo de rotación. Sin embargo, entonces no se podía medir la posición de la Luna con gran precisión. Además, Alex Jenkins, investigador del University College London y entonces doctorando de Blas, se dio cuenta de que el formalismo matemático para hacer esos cálculos también tenía deficiencias, según relata el investigador español. En particular, los dos físicos desarrollaron un marco para interpretar la situación más típica. O sea, cuando no llega una onda gravitacional puntual, sino una maraña de señales a la vez, generadas por la suma de muchos eventos cósmicos. “Es la misma diferencia entre escuchar el repique de un tambor, o todos los de Calanda a la vez”, explica Blas. “¡Es una propuesta excitante! No está nada mal proponer que el Sistema Solar en si mismo se use como un detector de ondas gravitacionales eficaz”, comenta Vitor Cardoso, cosmólogo de la Universidad de Lisboa, no implicado en el trabajo.
¿Es una idea viable?
Blas y Jenkins están aplicando sus cálculos a medidas pasadas de la distancia Tierra-Luna, obtenidas gracias a los espejos de la misión Apolo. “Si detectáramos algo, sería sorprendente. Hay que mejorar la toma de datos”, constata Blas. “Dentro de dos o tres años, se podrían enviar misiones a la Luna para depositar espejos más modernos”, afirma Luca Porcello, investigador de los Laboratorios Nacionales de Frascati (Italia), que se dedica a la medida de la distancia Tierra-Luna con láseres y quiere colaborar con Blas y Jenkins. Después de eso, habría que esperar a acumular suficientes datos para detectar cambios en la órbita.
Mientras tanto, la ESA y la NASA planifican el lanzamiento de LISA, una misión hecha por tres satélites que deberían actuar con un enorme interferómetro espacial. Sin embargo, LISA no cubriría las frecuencias que sí se podrían captar con la Luna, asegura Blas. “Ahora las [nuevas] misiones [a la Luna] están en discusión y es buen momento para plantear el proyecto”, concluye Porcello.
