Niños curiosos: ¿Qué son las ondas gravitacionales?

¿Qué son las ondas gravitacionales? – Millie, 10, Sídney

¡Qué buena pregunta Millie!

Para responder a esto, tenemos que viajar en el tiempo, a 1916. Este es el año en que el famoso físico Albert Einstein publicó su teoría de la relatividad general.

Einstein descubrió cómo explicar la gravedad en el universo usando matemáticas. La gravedad es la fuerza que nos mantiene en la Tierra y la Tierra en órbita alrededor del Sol. Hasta 1916 había muchas teorías que intentaban explicar qué era la gravedad y por qué existe. Pero Einstein sugirió que la gravedad era la flexión de algo llamado espacio-tiempo.

Puedes pensar en el espacio-tiempo como el tejido del Universo. Esto es lo que constituye el espacio en el que vivimos. Sin él, no tendríamos un universo y no sería muy divertido.



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Un trampolín del espacio-tiempo

El espacio-tiempo curvo es responsable de los efectos de la gravedad. Un trampolín es una excelente manera de imaginar eso en una superficie plana.

Imagine colocar una bola de bolos pesada en el centro de un trampolín: su masa dobla la tela y crea un hueco. Ahora, si tratáramos de hacer rodar una pelota en el trampolín, rodaría dentro y alrededor de la bola de boliche.

Eso es todo lo que la gravedad es: la deformación del tejido del espacio-tiempo, que afecta la forma en que se mueven las cosas.

Arriba: trampolín con tejido plegable de bola de boliche.  Abajo: trampolín con bola de boliche doblando la tela y dirección del camino de canicas indicado por una flecha roja.
Si un objeto pesado como una bola de bolos estira el trampolín, una bola rodará hacia él en círculos.
Autor proporcionado

Eso es lo que ayudaron a explicar las famosas ecuaciones de Einstein: cómo podemos esperar que el espacio-tiempo se mueva en diferentes condiciones. Sabemos que en el Universo nada está quieto. Todo está siempre en movimiento, y cuando los objetos se aceleran a través del espacio-tiempo, pueden crear pequeñas ondas, como una piedra en un estanque.

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Estas ondas son lo que llamamos ondas gravitacionales. Nuestro universo probablemente esté lleno de estas pequeñas olas, como un océano con olas moviéndose en todas direcciones.

Pero a diferencia del océano, las ondas gravitacionales son increíblemente pequeñas y no sacudirán la Tierra. Cuando Einstein lo predijo por primera vez, dudó que alguna vez pudiéramos detectarlos debido a su diminuto tamaño.

Me gustaría saber qué pensaría al respecto hoy. ¡No solo detectamos ondas gravitacionales, sino que detectamos 90 eventos únicos! Es uno de los mayores logros de la física, y la forma en que lo hicieron fue simplemente increíble.



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Aprieta y estira

Cuando una onda gravitacional atraviesa la Tierra, comprime o estira todo el planeta en la dirección en la que se mueve. Si tratáramos de medirlo con algo como una regla, la regla parecería tener la misma longitud porque los números en la regla también se estirarían o comprimirían y no cambiarían.

Pero los científicos tienen un truco: pueden usar la luz, porque la luz solo puede viajar una cierta distancia durante un cierto período de tiempo. Si se amplía el espacio, la luz tiene que viajar un poco más y tarda más. Viceversa cuando el espacio es reducido.

El truco para saber si el espacio ha sido comprimido o estirado es medirlo por de ellos direcciones y calcular la diferencia. Desafortunadamente para nosotros, no es algo fácil de medir.

La diferencia de distancia que estamos buscando es 1000 veces más pequeña que una partícula muy pequeña llamada protón. Para realmente sorprenderte, nuestros cuerpos tienen alrededor de 10 octillón protones (10.000.000.000.000.000.000.000.000.000).

Es un cambio increíblemente pequeño que necesitábamos detectar, pero afortunadamente científicos e ingenieros inteligentes han encontrado una manera de hacerlo, y puede obtener más información sobre estos detectores en el siguiente video.

Las ondas gravitacionales nos han dado nuevos ojos en nuestro Universo, permitiéndonos «ver» cosas como agujeros negros y estrellas de neutrones chocando entre sí, porque finalmente podemos detectar las pequeñas ondas que crean.

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