Físicos de la UWM implicados en un proyecto internacional para peinar el espacio buscando ondas gravitatorias

Investigadores de la UWM, respaldados por considerables fondos de la Fundación Nacional de Ciencia, están tomando un papel de liderazgo en la búsqueda de ondas gravitatorias en el espacio. Tal hallazgo cambiaría literalmente lo que conocemos sobre el cosmos.

Las series de números de LIGO son como pistas en un disco compacto, dice Patrick Brady. Esto significa que, una vez detectadas, las señales de ondas gravitatorias pueden ser convertidas en sonido. De hecho los científicos ya han simulado, basándose en predicciones matemáticas, cómo sonarían ciertos eventos espaciales. Cuando se fusionan dos agujeros negros, por ejemplo, se esperaría escuchar un “gorjeo” que representa el giro en espiral de los dos agujeros antes de colisionar. “La espiral puede continuar durante diez mil años”, dice Brady. “¡El sonido es la señal identificativa de los últimos segundos del proceso!”. Aquellos que analicen los datos del espacio podrían realmente escuchar los datos. En lugar de esto, los científicos buscan las señales usando ordenadores como Nemo.

Usar nuevas herramientas para observar el universo, dice Patrick Brady, a menudo ha conducido a descubrimientos que cambiaron el curso de la ciencia. La historia está llena de ejemplos.

“Galileo fue la primera persona en usar un telescopio para observar el cosmos”, dice Brady, profesor de física en la UWM. “Sus observaciones con la nueva tecnología llevaron al descubrimiento de las lunas que orbitaban Júpiter prestando apoyo al modelo heliocéntrico del Sistema Solar”.

Tal oportunidad existe hoy con un observatorio único que escanea el cielo, buscando una de las mayores predicciones de Einstein – las ondas gravitatorias.

Las ondas gravitatorias se producen cuando objetos masivos en el espacio se mueven violentamente. Las ondas portan la huella de los eventos que las causan. Los científicos ya tienen pruebas indirectas de que las ondas gravitatorias existen, pero no las han detectado directamente.

Los investigadores de la UWM, respaldados por considerables fondos de la Fundación Nacional de Ciencia, están tomando un papel de liderazgo en la búsqueda.

Es una empresa épica que involucra a aproximadamente 500 científicos de todo el mundo, incluyendo a Brady y otros miembros del Centro para Cosmología y Gravitación de la UWM: los profesores asociados Alan Wiseman y Jolien Creighton, y el profesor asistente Xavier Siemens.

Dos físicos adjuntos a la UWM, que trabajan en el Instituto Max Planck en Alemania, también están implicados – así como el profesor de la UWM Bruce Allen y la científico María Alessandra Papa.

“Es una oportunidad inimaginable de estar en la vanguardia del descubrimiento científico”, dice Creighton.

El Observatorio de Ondas Gravitatorias Interferómetro Láser, o LIGO, consta de detectores en dos lugares de los Estados Unidos gestionados por el Instituto Tecnológico de California (Caltech) y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT).

Los físicos de la UWM están analizando los datos generados por las instalaciones de LIGO.

El proyecto está financiado con una notable inversión tanto de fuentes federales como de la UWM. El año pasado, el grupo de LIGO de la UWM logró 3 millones de dólares en fondos de becas. Desde 1999, la UWM ha recibido más de 9 millones para el proyecto, con la mayoría de los mismos yendo al supercomputador Nemo que funciona discretamente en la segunda planta de Edificio de Física.

Alargado y apiñado

Los observatorios LIGO usan lásers para monitorizar con precisión la distancia entre una estación central y espejos suspendidos a 5 kilómetros de distancia a lo largo de unos brazos perpendiculares. Cuando una onda gravitatoria, una ola en el espacio-tiempo, pasa cerca, el espejo de uno de los brazos se moverá más cerca de la estación central, mientras que el otro espejo se moverá alejándose.

La medida en el cambio en la distancia causado por el alargamiento y apiñamiento es para lo que LIGO está diseñado, dice Wiseman.

Esos cambios son inconcebiblemente diminutos. LIGO puede registrar distorsiones a una escala tan pequeña, que es comparable a medir una milésima del tamaño de un núcleo atómico.

LIGO registra series de números – grandes cantidades de ellas – y alimenta con ellas a varios clústers de superordenadores en todo el país, incluyendo el clúster Nemo de la UWM.

Piensa en un disco duro moderno en un ordenador de sobremesa, el cual almacena aproximadamente 100 gigabytes. LIGO llena unos 10 de estos en Nemo cada día, dice Brady.

El trabajo del ordenador es obtener los patrones numéricos que representan las ondas gravitatorias enterradas en el ruido ambiental producido por grandes cantidades de otras vibraciones – desde vibraciones internas del equipo, a fluctuaciones magnéticas de tormentas, vibraciones sísmicas de los trenes que pasan a pocos kilómetros del observatorio, o de terremotos en la otra punta del mundo.

“Existen miles o incluso millones de señales distintas que podrían ser emitidas desde el espacio”, dice Wiseman. “Por lo que tienes que tomar cada segmento de datos individualmente. Esto resulta ser un formidable problema de computación”.

Nemo realiza muchos miles de millones de cálculos por segundo en su búsqueda de estas señales.

Para aumentar la capacidad de cómputo, UWM ofrece una forma de que cualquiera con un ordenador y una conexión a Internet de alta velocidad se una a la caza de tesoros astrofísica. Llamado “Einstein@Home, el programa comparte la potencia disponible del ordenador cuando los participantes no la están usando, y reúne esos recursos para ayudar en el filtrado de las masivas cantidades de datos procedentes de LIGO.

Posibles secretos

Los científicos admiten que las actuales instalaciones de LIGO necesitarán una mejora para aumentar las opciones de detectar ondas gravitatorias. Se han solicitado más fondos de la Fundación Nacional de Ciencia para hacer esto en los presupuestos de 2009 de los Estados Unidos, actualmente en proceso de aprobación.

Por ahora. La mejor esperanza es detectar eventos relativamente cercanos a la Tierra.

Por tanto, ¿cuál es la probabilidad de éxito?

“Los eventos que buscamos puede que sólo tengan lugar una vez cada millón de años en nuestra galaxia”, dice Wiseman, “pero si tus instrumentos son lo bastante sensibles como para ver estos eventos en, digamos, un millón de galaxias, entonces la probabilidad de detectar algo es mucho mayor”.

Las ondas gravitatorias pueden contener secretos sobre la naturaleza de los agujeros negros, las propiedades desconocidas de la materia nuclear y, tal vez, incluso de cómo se inició el universo.

“Sólo hemos sido capaces de informarnos sobre el universo desde que se enfrió”, dice Siemens. “Pero con las ondas gravitatorias, veremos el universo cuando era mucho más joven y caliente”.

Pero de nuevo, los científicos no lo saben con certeza.

“Creo que nos llevaremos una sorpresa”, dice Siemens. “Tenemos todas esas ideas sobre lo que pensamos que encontraremos, pero podría ser algo completamente distinto”.


Autor: Laura L. Hunt
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