D15 Cosmología Observacional: Ondas Gravitacionales como Sirenas Estándar

Tópico

El protagonista de este modelo es la red de interferómetros láser, con brazos de varios kilómetros de longitud, que detecta las deformaciones del espacio-tiempo producidas por la fusión de agujeros negros y de estrellas de neutrones, un efecto tan pequeño que la longitud de cada brazo cambia muchísimo menos que el diámetro de un solo protón.

El principio detrás de esa red es simple: un láser se divide y recorre dos brazos perpendiculares entre sí, y la diferencia de camino óptico que una onda gravitacional produce entre ambos brazos aparece como un desplazamiento medible en el patrón de interferencia resultante.

Las fusiones de estrellas de neutrones son, para esa misma red, sirenas estándar particularmente valiosas: la amplitud misma de la onda gravitacional da directamente la distancia de luminosidad, sin necesidad de recorrer ningún escalón de la escalera de distancias tradicional, mientras que una eventual contraparte electromagnética aporta, por su parte, el corrimiento al rojo. Juntos, ambos datos permiten medir la tasa de expansión del universo por una vía completamente independiente de todas las anteriores.

Lo más notable de estos instrumentos es suprimir prácticamente cualquier otra fuente de ruido hasta que la señal del propio espacio-tiempo se vuelve detectable: suspensiones de varias etapas que aíslan a los espejos de las vibraciones del suelo por muchos órdenes de magnitud, un vacío extremadamente alto dentro de los tubos del haz, y una potencia láser amplificada muchas veces dentro de cavidades ópticas resonantes.

La primera fusión de estrellas de neutrones detectada de este modo dio la distancia de luminosidad directamente a partir de la amplitud de la onda, mientras que un espectrógrafo aparte medía el corrimiento al rojo de su resplandor visible, produciendo así la primera medición de la tasa de expansión del universo por este método completamente nuevo. Así, desde la red de interferómetros láser con la que arranca este documento hasta esa primera medición con la que termina, pasando por el principio de interferencia y las sirenas estándar, la cosmología observacional hace que una misma onda gravitacional, sin apoyarse en ningún escalón de la escalera de distancias tradicional, termine midiendo por sí sola qué tan rápido se expande el universo.

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