ONDAS GRAVITACIONALES

Juan David García Fuentes

Universidad de Murcia

3º de Física

Introducción

• Son perturbaciones en el Espacio-Tiempo.

• Surgen como consecuencia de la RG.

• Se propagan a velocidad c.

• Son muy débiles.

• No se han detectado de forma directa.

• Son ondas transversales, y por tanto pueden presentar polarización.

• Son producidas por pulsaciones pequeñas de objetos compactos, radiación por objetos en órbita alrededor de un agujero negro …

APARICIÓN DE LAS GWs

• Su existencia se empieza a plantear en 1916, con la RG.

• Radiación EM, ¿la masa también radia?

• Surgen al linealizar la ecuación de campo de Einstein:

• E, tensor de curvatura

• T, tensor de tensión-

energía

APARICIÓN DE LAS GWs

• Para un espacio casi

plano (como el nuestro

lejos de las grandes

masas) los coeficientes

de la métrica se podrán

expresar de la forma:

• Al linealizar la ecuación

con estos coeficientes se

llega a una expresión:

•

• (f=h)

APARICIÓN DE LAS GWs

• Propagación en dirección z:

• Elemento de línea para z crecientes:

• Su suma da ondas “igual de buenas”

CARACTERÍSTICAS

• Velocidad c.

• Muy débiles Difícil detección

• Transversales Polarizables

• Interactúan con las masas:

CARACTERÍSTICAS

CARACTERÍSTICAS• Energía que transportan. No hay una expresión general

para todos los casos. Se describe con el pseudotensor

de Einstein.

• Caso Tierra-Sol (v<<c).

• Radia alrededor de 200 w.

• EM radiada por el Sol 4e+28w.

• Energía de la Tierra 1.1e+36 J.

• La pérdida de energía por radiación de GWs provoca un

acercamiento de 1e-15m diarios (comparado con 1 U.A.)

PROBLEMAS PARA LA

DETECCIÓN• La fuerza gravitacional es la más débil de las fuerzas

fundamentales.

• Manifestaciones lejanas son difíciles de detectar

• Muy débil en comparación a la radiación

electromagnética que recibimos.

• Necesitaríamos tener la fuente muy cercana o

extremadamente energética.

DETECCIÓN INDIRECTA

• Se observaron en el

púlsar PSR1913+16.

• Descubierto por Russell y

Taylor en 1974.

• En cada rotación emite

un pulso, que se utiliza

como reloj para

comprobar efectos

relativistas.

DETECCIÓN INDIRECTA

• Utilizaron el

radiotelescopio de

Arecibo (Puerto Rico).

• Observaron que el

periodo orbital iba

disminuyendo, contrario

a que la órbita se

mantuviera.

DETECCIÓN INDIRECTA

• Esta energía que pierde

es la que cuadra con las

ondas gravitatorias.

• Les valió el premio nobel

en 1993.

DETECCIÓN DIRECTA

• En 1957 Weber

construye un “detector”.

Cilindro de aluminio de

2m de largo, 1.5 m de

diámetro.

• Creyó haberlas

encontrado…

DETECCIÓN DIRECTA

• En 1962 dos rusos, Mikhail Gertsenshtein y V.I.

Pustovoit idearon un nuevo método: detectores

interferométricos.

• Actualmente se basan en interferómetros láser tipo

Michelson.

DETECCIÓN DIRECTA

• Proyectos actuales:

• LIGO (Laser

Interferometer

Gravitational wave

Observatory)

• Formado por dos

interferómetros, uno en

Hanford (Washington) y

otro en Livingston

(Louisiana). Operado por

Caltech y MIT.

DETECCIÓN DIRECTA

• VIRGO

• Es un interferómetro tipo Michelson, consta de dos

brazos (perpendiculares) de 3 km. Está situado en

Cascina, cerca de Pisa.

• GEO600

• Es un laboratorio alemán-británico situado en Sarstedt,

Alemania. Consta de dos brazos de 600 m. Presión

interior de los brazos menor que 10e-11 bar.

DETECCIÓN DIRECTA• LISA (Laser Interferometer Space Antenna )

• Desarrollado por la NASA. Se pretende mandar un

interferómetro láser al espacio (2020?) formado por tres

plataformas que orbitarán a 1 UA de distancia del Sol,

formando un triángulo equilátero de 5e+9 m de lado.

• Menos vibraciones. Las masas test serán cubos de 4.6

cm de lado de platino-oro, de 2 kg.

CONCLUSIONES

• La detección directa de ondas gravitacionales traería

como consecuencia una nueva era en astrofísica y

cosmología.

• Tendríamos una nueva forma de obtener información

sobre el cosmos.