“Las Ondas Gravitatorias” Una nueva ventana observacional en la astronomía

Barthelemy d´Ans Alleman Instituto Peruano de Astronomía.

Día Internacional de la Astronomía. Barranco – Mayo 2016

¿Qué es una onda gravitatoria?

• Una onda gravitatoria es una perturbación del espacio - tiempo producida por un cuerpo masivo acelerado. La existencia de ese tipo de onda, que consiste en la propagación de una perturbación gravitatoria en el espacio-tiempo y que se transmite a la velocidad de la luz, fue predicha por Einstein en su teoría de la relatividad general.

Fuente Wikipedia

La Relatividad general en un vistazo.

La Teoría de la Relatividad General es una teoría de la gravitación.

Fue creada por Albert Einstein en 1915

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La Relatividad General postula la equivalencia de la gravedad y la inercia.

En ambos casos la manzana cae hacia el piso.

3

NO

La relatividad general sustituye el concepto de fuerza instantánea a distancia por el de campo.

Así como un imán ejerce un campo magnético, la tierra genera una campo gravitatorio. Este concepto sustituye a la fuerza a distancia que el propio Newton no encontraba satisfactoria.

SI

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5

Espacio Euclidiano.

Espacio en Relatividad

General

La relatividad general reemplaza el espacio euclidiano rígido por un espacio – tiempo flexible

Las escuadras y las reglas ya no se aplican! Y el tiempo (no representado) se convierte en otra coordenada de un espacio con cuatro dimensiones.

En la relatividad general, el campo gravitatorio no está metido en el espacio-tiempo.

Es el espacio-tiempo.

Espacio Euclidiano.

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El campo gravitatorio es la estructura del Universo,

doblado por la

Relatividad General

SI NO

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En la relatividad general, el tiempo también se curva.

Un reloj en la Tierra gira más lento que un reloj en órbita, donde el campo gravitacional es más débil.

Curvatura del espacio - tiempo

Constante cosmológica.

Velocidad de la luz

Constante Gravitacional

Contenido de Energía

Los términos de la izquierda representan la geometría del espacio-tiempo, los de la derecha, la distribución de la materia (energía de masas) modulada por un término elástico. La igualdad significa que la estructura del espacio-tiempo depende de la distribución de la materia.

Consecuencia 1 : Deflexión de la luz. Los rayos de luz

de una estrella son curvados por la presencia de una

masa en su camino (en este caso, el Sol).

Observador Observador

Trayectoria de luz

Trayectoria de luz

Consecuencia 2 : Los Agujeros Negros "pozos gravitacionales" sin fin, se le representa con mayor claridad cuando se representa el espacio como una

lámina bidimensional.

Consecuencia 3 : Ondas gravitatorias, dos estrellas masivas que giran alrededor de la otra producen

ondas en el espacio-tiempo (aquí representado como una lámina bidimensional).

¿ Se detectaron alguna vez ?

Consecuencia 3 : Ondas gravitatorias, dos estrellas masivas que giran alrededor de la otra producen

ondas en el espacio-tiempo (aquí representado como una lámina bidimensional).

¡ Si ! ¿ Cuando , como ?

Hace 1,300 millones de años, en algún lugar del universo, dos grandes agujeros negros del tamaño del departamento de Lima, pero respectivamente 36 y 29 veces más masivas que el Sol, se han fusionado

cayendo en espiral una sobre la otra.

Un agujero negro, al igual que cualquier estrella masiva, distorsiona el espacio. Dos agujeros negros que giran alrededor de la otra producen una deformación periódica, que se propaga a la velocidad de la luz: una

onda gravitatoria.

Trama del espacio - tiempo

Agujero Negro Agujeros Negros

Ondas Gravitatorias

La onda viaja por 1,300 millones de años antes de cruzar la Tierra, el 14 de Septiembre del 2015 a las

09 a.m. 50 TU. En ambos sitios LIGO fueron detectados, con 7 milisegundos de intervalo.

El paso de una onda gravitatoria hace que alternativamente el estiramiento y contracción del espacio sea en dos direcciones inclinadas en 45 °.

Pero su distorsión es mínima, debido a la flexibilidad del espacio-tiempo es muy baja. Cuando la onda llega a la Tierra, LIGO logra medir una variación equivalente a la milésima parte del diámetro de un protón en una distancia de 4 kilometros!

El fenómeno duró menos de medio segundo. De hecho, es justo el final de la danza de los agujeros negros, cuando están muy cerca uno del otro y giran a una velocidad fenomenal, en esos instantes la magnitud de la onda transmitida es suficiente para ser vista.

Observando el fenómeno a una velocidad suficiente, se puede observar la amplitud de aumento de la onda (como los agujeros negros se acercan entre sí, se retuercen un poco más de espacio), junto con su frecuencia (agujeros negros giran cada vez más rápido alrededor de la otra).

Cuando los agujeros negros se fusionaron, sólo hay un agujero negro simétrico, que no emite ondas gravitacionales.

La explosión de una supernova. La formación de un agujero negro. El choque de cuerpos masivos como estrellas de neutrones o la coalescencia de agujeros negros. La rotación de una estrella de neutrones inhomogénea. Radiación gravitatoria 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.

¿ De que fuentes podemos detectar ondas gravitatorias ?

¡Muchas Gracias! Barthelemy d´Ans

bdans100@yahoo.com

Bibliografia e imágenes: Abbott b.p. et al : Observation of Gravitational Waves from a Binary Black Hole Merger, PHYSICAL REVIEW LETTERS PRL 116, 061102 (2016) Ciel et Espace # 544: Penser l´Univers Aujourd´hui 544 pp.52-55 Ciel et Espace # 546: Ondes Gravitationelles la nouvelle astronomie pp.24-27 d´ANS Barthelemy : UNA TEORÍA CUÁNTICA DE LA RELATIVIDAD A LA LUZ DEL CENTENARIO DE LA TEORÍA DE LA RELATIVIDAD Revista TRADICIÓN Segunda Época # 15 Diciembre del 2015 ISSN:2413-9696 Universidad Ricardo Palma – Rectorado Krauss, Lawrence : What Einstein got wrong ? Scientific American september 2015 pp: 50-55 LIGO : GRAVITATIONAL WAVES DETECTED 100 YEARS AFTER EINSTEIN’S PREDICTION , 11 February 2016, 07:30 PST Links : https://es.wikipedia.org/wiki/Onda_gravitatoria https://physics.aps.org/featured-article-pdf/10.1103/PhysRevLett.116.061102