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Ondas Gravitacionales

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Las ondas gravitacionales son las fluctuaciones generadas en la curvatura del espacio-tiempo, éstas se propagan con las mismas propiedades de las ondas Electromagnéticas, a su paso harían vibrar todo lo que se encuentre. La radiación gravitacional se genera cuando dichas ondas son emitidas por ciertos macro-objetos o por sistemas de objetos que gravitan entre sí.

 TAGS:undefinedComputer model of the gravitational waves coming from the collision of two black holes. Image: MPI for Gravitational Physics/W.Benger-ZIB, Enlace:http://www.daviddarling.info/encyclopedia/G/gravwave.html
Según la física pos-relativista, una onda gravitacional es la manifestación de un evento macroscópico del orden de supernovas o cuerpos supermasivos, consiste en la ondulación del espacio-tiempo producida por un cuerpo masivo que se encuentra acelerado. Las ondas gravitacionales constituyen una consecuencia de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein y su propagación se transmite a la velocidad de la luz. Hasta el momento solo se conocen evidencias indirectas de ellas, como el decaimiento del periodo orbital observado en un púlsar binario. Se ha logrado con éxito detectar ondas gravitatorias primigenias mediante la medición del modo B de la polarización del fondo de microondas. Actualmente existen grandes proyectos de observatorios interferométricos que deberían ser capaces de detectar ondas gravitacionales producidas en fenómenos cataclísmicos como la explosión de una supernova cercana o una radiación de fondo gravitacional remanente del Big Bang, uno de ellos está ubicado en el polo sur a una gran profundidad en el interior de la tierra. La detección de ondas gravitacionales constituiría una nueva e importante validación de la teoría de la relatividad general.

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La imagen de un artista recreando las ondas gravitacionales. Estas ondas se mueven fuera de la fuente en todas direcciones a la velocidad de la luz. Credito: JPL_ Url; omada del enlace: http://www.seti.cl/entendiendo-einsteinhome/

Principio teórico
La relatividad general es una teoría de la gravedad que es consistente con la relatividad especial en muchos aspectos, en particular con el principio de que nada viaja más rápido que la luz. Esto significa que los cambios en el campo gravitatorio no pueden ocurrir en todas partes instantáneamente: deben propagarse. En la relatividad general se propagan a exactamente la misma velocidad que las ondas electromagnéticas en el vacío : la velocidad de la luz. Estos cambios que se propagan son llamados ondas gravitacionales.
La radiación gravitatoria es una predicción central de la relatividad general y su detección es una prueba clave de la integridad de la estructura teórica de la obra de Einstein. Sin embargo, en el largo plazo , su importancia como instrumento para la observación astronómica es probable que sea aún más importante. Se tiene una excelente evidencia de observación del sistema pulsar binario Hulse -Taylor que las predicciones de la relatividad general sobre la radiación gravitatoria son cuantitativamente correctas. Sin embargo, tenemos una información incompleta de la astronomía hoy sobre las posibles fuentes de radiación detectable.
El espectro de ondas gravitacionales es completamente inexplorado , y cada vez que una nueva banda de ondas electromagnéticas se ha abierto a la astronomía , los astrónomos han descubierto fenómenos completamente inesperados. Esto me parece igual de probable que vuelva a ocurrir con las ondas gravitacionales , especialmente porque las ondas gravitacionales llevan algunos tipos de información que la radiación electromagnética no puede transmitir. Las ondas gravitacionales son generadas por los movimientos aparentes de las masas , que codifican las distribuciones de masa y velocidades. Son coherentes y sus frecuencias bajas reflejan los tiempos dinámicos de sus fuentes.

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Las ondas gravitacionales son muy débiles. Las más fuertes que se podría esperar observar en la Tierra serían generadas por acontecimientos muy distantes y antiguos, como la colisión de dos estrellas de neutrones o la colisión de dos agujeros negros súper masivos, en los cuales una gran cantidad de energía se movió violentamente. Tal onda debería causar cambios relativos en distancia por todas partes en la Tierra, pero estos cambios están en un orden de menos de una parte en 1021.
Diferencias y similitudes con ondas electromagnéticas
En contraste, las ondas electromagnéticas vienen de electrones individuales que ejecutan movimientos complejos y en parte al azar dentro de sus fuentes. Son incoherentes y fotones individuales deben ser interpretados como muestras de la gran conjunto estadístico de los fotones que se emiten. Sus frecuencias son determinadas por microfísica en ellos. A partir de observaciones electromagnéticas que podemos hacer inferencias acerca de esta estructura sólo a través de una cuidadosa modelación de la fuente. Las ondas gravitacionales, por el contrario, llevan la información cuya conexión a la estructura de la fuente y el movimiento es bastante directa.


Un buen ejemplo es el de los agujeros negros masivos en los núcleos galácticos. A partir de observaciones que abarcan todo el espectro electromagnético, desde las ondas de radio a los rayos X , los astrofísicos han inferido que los agujeros negros de masas hasta masas solares 10E9 son responsables de las emisiones de quásares y controlar los chorros que alimentan las regiones de emisión de radio gigantes. La evidencia de que el agujero negro es muy pero indirecta: no otro objeto conocido puede contener tanta masa en un volumen tan pequeño. Observaciones de olas gravitacionales nos hablarán de la dinámica de los propios agujeros, ofreciendo firmas únicas de las que se pueden identificar, medir sus masas y hace girar directamente de sus frecuencias vibratorias. La interacción de las observaciones electromagnéticas y gravitacionales enriquecerá muchas ramas de la astronomía.


Objetos emisores de ondas gravitacionales
La amplitud predicha para estas ondas y los efectos observables que podrían producir son muy débiles, de modo que su detección directa es extremadamente difícil. Si existen las ondas gravitacionales su amplitud sería muy inferior al ruido vibracional procedente de otras fuentes. Tan sólo los fenómenos más violentos del Universo podrían producir ondas gravitacionales susceptibles de ser detectadas.
Los objetos que deberían emitir ondas de gravedad detectables de manera directa son objetos muy masivos sometidos a fuertes aceleraciones o cuerpos masivos no homogéneos rotando a gran velocidad. Se espera poder encontrar ondas gravitacionales producidas en fenómenos cataclísmicos como:
%u2022 La explosión de una supernova.
%u2022 La formación de un agujero negro.
%u2022 El choque de cuerpos masivos como estrellas de neutrones o la coalescencia de agujeros negros.
%u2022 La rotación de una estrella de neutrones inhomogéneo.
%u2022 Radiación gravitacional remanente del Big Bang. Este último caso ofrecería datos únicos sobre la formación del Universo en el periodo anterior a la edad oscura del Universo en la que el Universo era opaco a la radiación electromagnética.


Primeras evidencias indirectas de ondas gravitacionales
Aunque la radiación gravitacional no ha sido aún detectada directamente, hay evidencia indirecta significativa de su existencia. En una gran cantidad de estudios astrofísicos de todo el mundo se han podido observar, en grupos de estrellas súper masivas, fenómenos que sólo pueden ser explicados con la existencia de dicha teoría.
La historia de la detección de ondas gravitacionales se inició en la década de 1960 con J Webber en la Universidad de Maryland. Se construyó el primer detector de barras: era un cilindro masivo de aluminio ( ~ 2 X 10E3 kg ) operando a temperatura ambiente ( 300 K) con una frecuencia de resonancia de aproximadamente 1600 Hz . Este primer prototipo tenía una sensibilidad moderada alrededor 10-E13 o 10E-14 .
A pesar de esta baja sensibilidad, a finales de 1960 Webber anunció la detección de una población de eventos coincidentes entre dos barras similares a una tasa mucho más alta de lo esperado de ruido instrumental. Esta noticia estimuló una serie de otros grupos ( en Glasgow, Múnich, París, Roma, Laboratorios Bell, Standford , Rochester, LSU , MIT , Beijing , Tokio) para construir y desarrollar detectores de barras para comprobar los resultados de Weber . Desafortunadamente para Webber y para la idea de que las ondas gravitacionales eran fáciles de detectar, ninguno de estos otros detectores encontrado nada , incluso en los momentos en Webber continuó para encontrar coincidencias . Observaciones de Weber siguen sin explicación hoy. Sin embargo, la falta de confirmación de Weber era en el sentido real a las confirmaciones de la relatividad general, ya que los cálculos teóricos nunca habían pronosticado que las señales razonables serían lo suficientemente fuertes como para ser visto por los bares de Weber . Anuncios de Weber han tenido un efecto mixto sobre la investigación de ondas gravitacionales. Por un lado , han creado una nube bajo la cual el campo ha trabajado duro para restablecer su respetabilidad a los ojos de muchos físicos . Incluso hoy en día el legado de este es una cautela extrema entre los grandes proyectos, un conservadurismo que se asegurará de que el próximo reclamo de una detección será acorazado.
Por otro lado , el estímulo que Webber dio a otros grupos para construir detectores ha llevado indirectamente a la presente estado avanzado de desarrollo de detectores. Desde 1980 hasta 1994 grupos desarrollaron detectores en dos direcciones diferentes:
%u2022 Detector de barras criogénicas: Desarrollado principalmente a Roma / Frascati, Standford , LSU y Perth ( Australia ) . El mejor de estos detectores de llegar abajo 10E-19 . Ellos son los únicos detectores de operación continua hoy y que han realizado una serie de coincidencias conjuntas búsquedas , lo que lleva a los límites superiores , pero no hay detecciones.
%u2022 El interferómetro , desarrollado en el MIT , Garching (donde el grupo de Munich se movió ) , Glasgow, Caltech y Tokio . La sensibilidad típica de estos prototipos era 10E-18 . La primera observación casual de largo con interferómetros fue el experimento de Glasgow / Garching 100 h en 1989.
Este descubrimiento se considera como la demostración de la existencia de ondas gravitacionales. Por este motivo, Hulse y Taylor recibieron el Premio Nobel de Física del año 1993. Más recientemente (2005), se ha descubierto un segundo púlsar binario, PSR J0737-3039, cuyo comportamiento parece confirmar también las predicciones de la relatividad general con respecto a la energía emitida en forma de ondas gravitacionales. El púlsar binario tiene una órbita cuya distancia decae en unos 7 mm por día.
Observatorios de ondas gravitacionales
Actualmente existen diferentes proyectos de observación de ondas gravitacionales,como LIGO (USA.), TAMA300 (Japón), GEO600 (Alemania y El Reino Unido), o VIRGO (Francia e Italia). Los más pesimistas consideran que la detección real de ondas gravitacionales sólo podrá ser realizada desde el espacio. Una misión espacial denominada LISA que se encuentra en fase de estudio para constituir el primer observatorio espacial de ondas gravitacionales y podría estar operativo alrededor del 2020. En Luisiana, Nortamerica tenemos un Observatorio en L

 TAGS:undefinedEste es el observatorio de ondas gravitatorias con Interferómetro Láser (LIGO) ubicado en Louisiana&Washington, USA.Ver enlace http://www.eluniverso.org.es/2012/07/nuevas-formas-de-mirar-el-universo/


La primera evidencia directa de Ondas Gravitacionales detectadas desde el Polo Sur que confirmarían el modelo del Big Bang, esta fue obtenida por astrónomos del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsoniano (CFA) quienes anunciaron el lunes 17 de Marzo de 2014 la detección por primera vez las ondas gravitacionales que recorrieron el Universo primitivo, durante un período explosivo de crecimiento llamado inflación. Se trata de la confirmación más importante lograda, hasta ahora, acerca de las teorías de la inflación cósmica, que dicen que el cosmos se expandía por 100 billones de billones de veces, en menos de un abrir y cerrar de ojos.
Los hallazgos fueron realizados con la ayuda del BICEP2, un telescopio situado en el Polo Sur que escanea el cielo en frecuencias de microondas, donde recoge la energía fósil del Big Bang. El Universo actual surgió tras un evento conocido como el Big Bang, que tuvo lugar hace unos 13.800 millones de años. Momentos más tarde, el propio espacio comenzó a expenderse de manera exponencial en un episodio conocido como inflación. Los signos reveladores de este capítulo en la historia temprana del Universo están impresos en el cielo, en un resplandor 'reliquia' llamado el fondo cósmico de microondas.
Es ahí donde los investigadores han buscado durante mucho la evidencia más directa de esta inflación en forma de ondas gravitacionales, que aprietan y estiran el espacio, y que ahora han logrado detectar. "Pequeñas fluctuaciones cuánticas fueron amplificadas a tamaños enormes por la expansión inflacionaria del Universo. Sabemos que esto produce otro tipo de ondas llamadas ondas de densidad, pero queríamos probar si también se producen ondas gravitacionales", ha explicado uno de los responsables del trabajo, Jamie Bock. Polarización en 'modo B'
Las ondas gravitacionales están producidas por un modelo característico de luz polarizada, llamado polarización "en modo B". La luz puede polarizarse por la dispersión de las superficies, en el caso del fondo cósmico de microondas, la luz es dispersada por electrones para convertirse en poco polarizada. El equipo BICEP2 asumió el reto de detectar el 'modo B' de polarización al reunir los mejores expertos en la materia, el desarrollo de una tecnología revolucionaria y el viaje al mejor sitio de observación de la Tierra: el Polo Sur.
Como resultado de los experimentos llevados a cabo desde 2006, el equipo ha sido capaz de producir pruebas concluyentes de esta señal en 'modo B', y con ella, la evidencia más fuerte que existe hasta ahora sobre la existencia de la inflación cósmica. Los expertos han indicado que la clave de su éxito ha sido el uso de detectores superconductores nuevos. Los superconductores son materiales que cuando se enfrían, permiten que la corriente eléctrica fluya libremente, sin ninguna resistencia.
Científicos han detectado por primera vez evidencia de ondas gravitacionales que habrían surgido en los primeros instantes del universo; de confirmarse el descubrimiento confirmaría la teoría inflacionaria que ha sido propuesta para resolver los problemas en los cálculos del Big Bang. Después de la explosión primordial, el universo se habría expandido creando el tiempo-espacio a una velocidad varias veces superior a la velocidad de la luz (lla gravedad habría actuado entonces como una fuerza repulsiva).
El descubrimiento de las ondas gravitacionales %u2013rizos o arrugas en el continuum del tiempo-espacio%u2013 fue realizado por un equipo de científico utilizando el telescopio BICEPS 2, instalado en el Polo Sur, que observa la radiación de fondo del universo. Específicamente se descubrió una distorsión de la luz llamada modo-B de polarización primordial %u2013en referencia al efecto que las ondas gravitacionales tuvieron en los fotones que escaparon del Big Bang (el punto infinito hiperdenso). Algunos físicos creen que el hallazgo es equiparable al descubrimiento de bosón Higgs, ya que responde a la pregunta del origen del universo, en primera instancia comprobando la teoría inflacionaria de Alan Guth quien a su vez encajó el modelo de Einstein con el modelo cuántico (Einstein había predicho la existencia de ondas gravitacionales en 1916: la existencia de rizos similares a lo que ocurre en un estanque cuando se arroja una piedra en el telar del espacio-tiempo).
Científicos del Instituto de Tecnología de California, miembros del BICEP2, señalan que %u201Ccon la inflación, minúsculas fluctuaciones cuánticas del universo inicial se amplificaron enormemente y este proceso creó ondas de densidad que generaron pequeñas diferencias de temperatura en el cielo, puntos de mayor densidad que acabaron condensándose en galaxias y grupos de galaxias; pero la inflación también habría producido ondas gravitacionales primordiales, arrugas en el espacio-tiempo propagándose por el universo perturbando y doblando lo que se encuentre a su paso, no sabemos con qué consecuencias cuando estas ondas sean muy intensas%u201D.
Por si esto fuera poco, el descubrimiento de estas señales inflacionarias del inicio del tiempo le da credibilidad a la teoría del multiverso. El crecimiento inicial, fracciones de segundos después del Big Bang, habría causado que algunas partes del tiempo espacio se expandieran más rápido, creando %u201Cburbujas%u201D que podrían haber desarrollado otros universos. Estos universos generados en las burbujas seminales de la expansión tendrían sus propias leyes físicas.
%u201CEs difícil construir modelos de inflación que no lleven a un multiverso%u201D, señaló Alan Guth, al sitio Space, quien agregó que la teoría del multiverso debe de tomarse con mayor seriedad a la luz de la evidencia de la inflación.
Andrei Linde, físico de la Universidad de Stamford, explica: %u201CSi tienes algo creciendo exponencialmente y lo dejas ir%u2026 continuará creciendo exponencialmente, así que este [universo conocido] es una posibilidad de algo que salió mal con esta inestabilidad [la inflación], la cual es profundamente acertada para nosotros ya que crea todo nuestro en el espacio. Ahora bien, sabemos que si algo puede salir mal una vez, saldrá mal por segunda y por tercera vez y así hasta al infinito siempre que pueda seguir%u201D. De tal modo que las fuerzas del caos y el cosmos se combinan para crear mundos: lo que es un error o un accidente aquí, puede ser un universo allá!!!.
Noticias recientes de Científicos afirmaron haber detectado una señal de la expansión super_rápida del espacio que debió ocurrir tan solo fracciones de segundo después del nacimiento de nuestro Universo. El descubrimiento supone la evidencia más fuerte hasta ahora de la inflación cósmica, una teoría que dice que el Universo pasó por un período de expansión extremadamente rápido poco después del Big Bang. La teoría explica por qué el Universo es casi igual en todas direcciones.
"Se trata de otra confirmación de la inflación cósmica", hallada hace más de 30 años, explicó Hawking cuyas declaraciones recogió el diario 'The Guardian'. La teoría de Turok del Universo cíclico predice que no hay ondas gravitacionales de los inicios del Universo", agregó: Según la teoría, el Big Bang no fue el origen, sino solo el último de una serie infinita de big bangs. Turok no se mostró tan entusiasta con este descubrimiento y sí un poco prudente. "Tengo razones para dudar del nuevo experimento. Para mí no está del todo claro que hayan visto lo que dicen haber visto", insistió. Además, en respuesta a las palabras de Hawking sobre la apuesta, Turok aseveró que "la ciencia no es un concurso de popularidad. Galileo tenía razón, pero sus ideas no eran populares en su tiempo. La apuesta sigue abierta". Hawking es conocido por hacer apuestas con otros científicos. Él mismo perdió 100 dólares contra Gordon Kane, de la Universidad de Michigan (EE.UU.), tras apostar que los científicos del CERN, sede del Gran Colisionador de Hadrones, cerca de Ginebra (Suiza), no podrían encontrar el bosón de Higgs. Ellos descubrieron la partícula en julio del 2012.
Ve mas sobre esto en:
%u2022 http://actualidad.rt.com/actualidad/view/122779-stephen-hawking-victoria-apuesta-big-bang.
%u2022 http://pijamasurf.com/, ciencia_y_tecnología/pop_cosmos .

 

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