El “sonido” del espacio-tiempo: una visión general

Autor: Grupo de investigación del profesor Scott A. Hughes, del MIT
Año: 2009-2012
Traducción: rizomarx

Texto recuperado de Astrophysical general relativity @ MIT

El carácter de las ondas gravitacionales generadas por una fuente es muy diferente de las ondas electromagnéticas que una fuente puede generar. En muchas circunstancias, las ondas electromagnéticas —ya sean luz, rayos X u ondas de radio— tienen una longitud de onda mucho menor que el tamaño de su emisor. Por ejemplo, la luz visible tiene una longitud de onda mucho más pequeña (algunos cientos de nanómetros) que el sol (cientos de miles de kilómetros de tamaño), bombillas (varios centímetros) e incluso objetos típicos en nuestra vecindad. Esta separación de las escalas de longitud entre la luz y los objetos que la producen o reflejan es clave para la capacidad de nuestros cerebros de formar imágenes.

Las ondas gravitacionales suelen estar en un régimen bastante diferente. En virtud de las dinámicas gravitacionales que las generan, estas ondas siempre tienen una longitud de onda mucho mayor que su fuente. Por ejemplo, una binaria compacta que está irradiando dentro de la banda sensible de LIGO puede consistir en estrellas de neutrones (cada una de aproximadamente 10 kilómetros de tamaño) separadas por unos pocos cientos de kilómetros. Las ondas que generan tendrán longitudes de onda de miles o decenas de miles de kilómetros. No podemos en principio utilizar esta radiación para formarnos una imagen de su fuente; pensar en cómo las ondas gravitacionales pueden ayudarnos a “ver” es simplemente una analogía mal planteada.

Una analogía más fructífera puede formarse con base en el sonido. Los sonidos que son audibles para nuestros oídos tienen longitudes de onda que pueden medir varios metros o decenas de metros, demasiado tiempo para formar imágenes de las fuentes que los generan, como una persona hablando. Eso está bien —¡usted nunca usaría el sonido de la voz de una persona para construir una imagen mental de su aspecto! (Piense en cuántos DJ de la radio no se ven como usted los imaginó). En cambio, usted ha aprendido a hablar. En lugar de usar ondas sonoras para construir una imagen del emisor, usted utiliza su conocimiento del lenguaje para entender la información que el emisor está transmitiendo. (Hay algunas especies, como los murciélagos, que utilizan el sonido para imaginar, al menos de una manera cruda; y, los seres humanos han desarrollado técnicas para hacer imágenes internas basadas en el sonido. La clave de estas “imágenes acústicas” es hacer que las ondas sonoras tengan longitudes de onda realmente cortas; las longitudes de onda de ultrasonido son típicamente milimétricas o más pequeñas).

El contenido de información de las ondas gravitacionales es análogo al del sonido. Las ondas gravitacionales tienen dos polarizaciones distintas, así que llevan información “estereofónica” sobre su fuente. Cada polarización lleva las huellas de la dinámica y la evolución de la fuente, contando una historia sobre lo que está haciendo la fuente. Utilizamos las herramientas de la relatividad general para tratar de hablar el lenguaje en el que la historia es contada. Además, los detectores de ondas gravitacionales sondean el cielo entero así como los oídos humanos pueden escuchar sonidos que provienen esencialmente de todas las direcciones.

Hay diferencias, por supuesto: En lugar de ondas de presión que se mueven en una atmósfera, las ondas son ondulaciones de la curvatura del espacio-tiempo. Y, las ondas gravitacionales no actúan sobre las membranas en nuestro oído, sino más bien como fuerzas de marea oscilantes sobre masas ampliamente separadas. Como tal, debe entenderse, por supuesto, que la analogía con las ondas sonoras no es más que una analogía. Pero, ha demostrado ser muy útil para comunicarnos la información que llevan las ondas gravitacionales, y aclarar cómo pueden ser utilizadas por la astronomía.


Para escuchar los archivos del proyecto, dar click en los siguientes enlaces:

Extreme mass ratio inspiral

Binaries

Technical points


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