CIÈNCIA

Més a prop de l’Univers primerenc

L’IFAE participa en un projecte d’estudi de les ones gravitacionals

Si tirem una pedra a un llac es produeix una ona que s’anirà propagant fins a arribar al seu límit natural. En aquest cas, la platja del llac. De la mateixa manera, quan a l’Univers es produeix el que es coneix com un fenomen extrem -com la col·lisió entre forats negres o les grans estrelles de neutrons, o fins i tot en el Big Bang, la gran explosió que hauria donat origen a l’actual Univers- també es produeixen ones. Són les anomenades ones gravitacionals. En termes acadèmics, pertorbacions de l’estructura espai-temps que es propaguen a la velocitat de la llum. El seu estudi és fonamental per entendre l’Univers. I amb l’objectiu d’aprofundir en aquest coneixement, l’1 d’abril arrenca el projecte Virgo i LIGO amb la participació d’una trentena d’entitats científiques europees i nord-americanes. El català Institut de Física d’Altes Energies (IFAE) és un membre destacat d’aquest consorci. També hi participen la Universitat de Barcelona, les Illes Balears i València. 

La col·laboració internacional, que s’estendrà durant un període d’un any només per a la recollida de dades, es fonamenta en tres grans detectors d’ones gravitacionals (interferòmetres), un situat a Itàlia i els altres dos als Estats Units, a Washington i a Louisiana. A diferència d’altres missions d’observació precedents, en aquesta que està a punt d’arrencar la tecnologia i els sistemes utilitzats han millorat prou per ampliar la distància de recerca entre un 30% i un 50%. Aquesta millora ha de permetre guanyar en sensibilitat i eliminar bona part de les pertorbacions o sorolls que contaminen l’observació -en particular, sorolls tèrmics (per escalfament dels detectors) i sísmics-, i és una de les joies de la corona de la col·laboració internacional. La sensibilitat que s’obté és equivalent a la grandària d’un àtom en la distància de la Terra al Sol.

Els guanys en sensibilitat i precisió haurien de permetre captar senyals en forma d’ones gravitacionals de fenòmens extrems. Fonamentalment, segons explica Mario Martínez, investigador Icrea a l’IFAE, grans col·lisions succeïdes fa milers de milions d’anys a una enorme distància i el senyal que queda de les quals és en forma d’ones. Entre els més rellevants, el xoc entre dos forats negres o entre dues estrelles de neutrons. Els investigadors confien poder observar també la col·lisió entre un forat negre i una estrella de neutrons, un fenomen descrit teòricament però del qual no es té cap prova.

Així mateix, i també en el pla teòric, la detecció d’ones gravitacionals podria arribar a acostar-nos una mica més al que es coneix com a Univers primerenc, el que s’hauria format després del Big Bang i l’expansió immediata posterior dels diferents astres i cossos estel·lars. Aquest primer Univers només ha estat perceptible fins ara a través de l’anomenat fons de microones. La percepció d’aquest límit és òptica. Per tant, s’espera que la detecció d’ones gravitacionals permetin superar el llindar.

“Estudiar fenòmens extrems”

En tot cas, puntualitza Martínez, el que sí que permetran les noves observacions serà “entendre millor la teoria quàntica de la relativitat”, que té les seves bases en la mecànica quàntica formulada per primer cop fa més d’un segle. I de la mateixa manera, “estudiar fenòmens molt extrems com la col·lisió de dos forats negres”. L’objectiu final és estudiar la física dels forats negres i “arribar a determinar si la matèria fosca en realitat no és altra cosa que forats negres de massa petita”.

En el cas de la col·lisió d’estrelles de neutrons, les ones gravitacionals ajudarien a mesurar la constant de Hubble o d’expansió de l’Univers i corroborar la teoria que metalls molt pesants, com ara l’or i el platí, deriven en efecte de fenòmens extrems o grans cataclismes.

Per a Martínez, aquesta tercera missió “consolidarà l’astronomia d’ones gravitacionals” i aportarà informació rellevant sobre el primer Univers. L’IFAE participa en la missió a través de l’interferòmetre Virgo, ubicat a Itàlia, i hi aporta part de les millores tecnològiques per guanyar sensibilitat. En el cas dels Estats Units, els dos detectors bessons estan emmarcats en el projecte LIGO.