thumb|right|300px|Ondas gravitatorias generadas por un sistema binario. La deformación se produce en un plano perpendicular a la dirección de propagación de la onda.
En física una onda gravitatoria es una fluctuación invisible, extremadamente rápida, que se producen en el espacio-tiempo desplazándose a la velocidad de la luz. esta es producida por un cuerpo masivo acelerado así mismo esta se pueden generar por una explosión asimétrica de una estrella supernova, dos estrellas grandes que se orbitan una a la otra y dos agujeros negros que orbitan entre sí y se fusionan La existencia de ese tipo de onda, que consiste en la propagación de una perturbación gravitatoria , fue predicha por Albert Einstein en su teoría de la relatividad general.Fernández Barbón J.L., “Una nueva astronomía ha nacido hoy”, El País, sección Ciencia, 12 de febrero de 2016. Consultado el 13 de febrero de 2016.Afp, «La detección de las ondas gravitatorias, el santo grial de la física», La Jornada (en línea), sección Ciencias. Consultado el 13 de febrero de 2016.El hecho de que las ondas gravitatorias puedan propagarse grandes distancias sin sufrir casi alteración resulta de gran importancia en la cosmología.
La primera observación directa de las ondas gravitatorias se logró el 14 de septiembre de 2015; los autores de la detección fueron los científicos del detector subterráneo LIGOLIGO es un detector subterráneo cuyo nombre corresponde a las siglas en inglés de laser interferometric gravitational wave observatory (‘observatorio de ondas gravitatorias con interferómetro láser’). Se halla ubicado en Washington (Estados Unidos) y su construcción comenzó en 1999. Las primeras observaciones tuvieron lugar entre 2001 y 2007 pero pronto se iniciaron las obras para actualizarlo y convertirlo en una máquina diez veces más potente. Carballo J. (2016): «¿Qué es y cómo funciona LIGO?», artículo publicado el 12 de febrero de 2016 en la revista Computer Hoy (Madrid). y el interferómetro Virgo que, tras un análisis minucioso de los resultados, anunciaron el descubrimiento al público el 11 de febrero de 2016, cien años después de que Einstein predijera la existencia de las ondas. La detección de ondas gravitatorias constituye una nueva e importante validación de la teoría de la relatividad general.
Antes de su descubrimiento solo se conocían pruebas indirectas de ellas, como el decaimiento del período orbital observado en un púlsar binario.En marzo de 2014, el experimento BICEP2El experimento BICEP2 fue un avance significativo en la investigación de la inflación cósmica, aunque sus resultados han sido objeto de controversia y cuestiones. A pesar de los hallazgos, algunos científicos han sugerido que el polvo galáctico podría haber influido en la detección de ondas gravitacionales primordiales. La comunidad científica continúa trabajando para entender mejor las señales del cosmos y refinando sus técnicas de observación y análisis. Varios autores (2014): «Primeras evidencias de la inflación cósmica», artículo publicado el 20 de marzo de 2014 en el sitio web del CPAN (Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear). anunció la detección de modos‑B en la polarización del fondo cósmico de microondas, lo que sugería una prueba indirecta de ondas gravitatorias primordiales.Ade P.A.R. et al., «BICEP2 I: detection of B-mode polarization at degree angular scales», artículo en inglés publicado en marzo de 2014 en la revista científica Phys Rev Lett, 112, 24, pág. 25. DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.241101. Los estudios combinados con el telescopio PLANCK revelaron que los resultados de BICEP2 podían ser explicados por la interferencia del polvo cósmico por lo que fueron dejados de lado a falta de más evidencias.Cowen R., “Gravitational waves discovery now officially dead”, Nature, 30 de enero de 2015.
Las ondas gravitatorias constituyen fluctuaciones generadas en la curvatura del espacio-tiempo que se propagan como ondas a la velocidad de la luz. La radiación gravitatoria se genera cuando dichas ondas son emitidas por ciertos objetos o por sistemas de objetos que gravitan entre sí. Los fenómenos gravitatorios con simetría esférica no emiten radiación gravitatoria.
Fondo teórico La teoría de la relatividad general. Describe las fuerzas gravitatorias como una manifestación de la curvatura del espacio-tiempo; La curvatura del espacio-tiempo influye de manera crucial para entender de que manera se propagan los rayos de luz, así del como se trata el significado de la curvatura en una variedad podemos pensar en una que sólo tenga dimensiones espaciales, esto significa que los cambios en el campo gravitatorio no pueden ocurrir en todas partes instantáneamente: deben propagarse. De acuerdo a la relatividad general, estas se propagan a exactamente la misma velocidad que las ondas electromagnéticas por el vacío: a la velocidad de la luz. A estos cambios que se propagan se les llama ondas gravitatorias.
La radiación gravitatoria es una predicción central de la relatividad general y su detección es una prueba clave de la integridad de la estructura teórica de la obra de Einstein. Sin embargo, es probable que en el largo plazo sea aún más importante como instrumento para la observación astronómica. Las observaciones del sistema púlsar binario Hulse-Taylor han proporcionado excelentes evidencias de que las predicciones de la relatividad general sobre la radiación gravitatoria son cuantitativamente correctas. Aun así, la información de la astronomía sobre las posibles fuentes de radiación detectable es incompleta.
Cada vez que una nueva banda de ondas electromagnéticas se abría a la observación astronómica con nuevos observatorios en esa longitud de onda tenía lugar el descubrimiento de fenómenos totalmente inesperados y parece probable que eso vuelva a ocurrir con el despliegue de los observatorios de ondas gravitatorias, en especial porque esas ondas llevan algunos tipos de información que la radiación electromagnética no puede transmitir. Las ondas gravitatorias son generadas por los movimientos aparentes de las masas, que codifican las distribuciones de masa y velocidades. Son coherentes y sus frecuencias bajas reflejan los tiempos dinámicos de sus fuentes.
En una publicación se informa que, según los expertos, las ondas cuya captación se dio a conocer el 11 de febrero de 2016 provienen de la colisión de dos agujeros negros, uno veintinueve veces más grande que el Sol y el otro con un tamaño treinta y seis veces mayor, que crearon un nuevo agujero de una magnitud equivalente a sesenta y dos veces la masa de la estrella solar."Por qué es tan importante que se haya comprobado la predicción de Albert Einstein sobre las ondas gravitacionales", BBC Mundo, sección Ciencia, 11 de febrero de 2016. Ese suceso pudo ser «escuchado» por LIGO y después de varios meses de revisar y corroborar los datos los investigadores acaban de comunicar con seguridad que se trata de las ondas gravitatorias. Hasta ahora los objetos del espacio se habían podido estudiar con ondas electromagnéticas, es decir con la radiación que emitían. Sin embargo, esos objetos también emiten las ondas resultantes de las perturbaciones que se han detectado de modo que a partir de su descubrimiento los físicos podrán mirar los objetos con las ondas electromagnéticas y «escucharlos» con las gravitatorias. En la última publicación mencionada se informa que según una científica que participó en el proyecto, el descubrimiento de las ondas gravitatorias marca el comienzo de una nueva era de la astronomía, es una herramienta que permitirá estudiar el Universo y todos los objetos astrofísicos que existen y no es un instrumento para expandir un poco más el espectro electromagnético sino un espectro nuevo. Esa experta señala que con las ondas electromagnéticas se puede recibir información del Universo cuando tenía una edad de 300 000 años mientras que con las ondas gravitatorias se pueden ver las que se emitieron cuando el Universo «tenía apenas un segundo de edad».
Diferencias y similitudes con ondas electromagnéticas thumb|150px|Deformación de un anillo de partículas ante el pasaje de una onda gravitatoria con polarización plus, en el plano del frente de la onda. thumb|150px|Deformación de un anillo de partículas ante el pasaje de una onda gravitatoria con polarización cruzada, en el plano del frente de la onda.
En contraste, las ondas electromagnéticas vienen de electrones individuales que ejecutan movimientos complejos y, en parte, al azar dentro de sus fuentes. Son incoherentes y fotones individuales deben ser interpretados como muestras del gran conjunto estadístico de los fotones que se emiten. Sus frecuencias son determinadas por microfísica en ellos. A partir de observaciones electromagnéticas, podemos provocar inferencias acerca de esta estructura solo a través de una cuidadosa modelación de la fuente. Las ondas gravitatorias, por el contrario, llevan información cuya conexión a la estructura de la fuente y el movimiento es bastante directa.
Un buen ejemplo es el de los agujeros negros masivos en los núcleos galácticos. A partir de observaciones que abarcan todo el espectro electromagnético, desde las ondas de radio a los rayos X, los astrofísicos han inferido que los agujeros negros de masas hasta mil millones de masas solares son responsables de las emisiones de cuásares y controlan los chorros que alimentan las regiones de emisión de radio gigantes. La evidencia de un agujero negro es muy indirecta: ningún otro objeto conocido puede contener tanta masa en un volumen tan pequeño. Observaciones de ondas gravitatorias nos hablarían de la dinámica de los propios agujeros negros, ofreciendo firmas únicas de las que se podrían medir sus masas y sus frecuencias vibratorias. Resulta evidente que la interacción de las observaciones electromagnéticas y gravitatorias enriquecerá muchas ramas de la astronomía.
En cuanto a la polarización de las ondas gravitatorias, a diferencia de las ondas electromagnéticas, que admiten múltiples polarizaciones, las gravitatorias admiten solo dos tipos de polarización independiente. En la Teoría General de la Relatividad de Einstein las ondas gravitatorias solo admiten la polarización plus y la polarización cruzada; de modo que, el ángulo entre ambas es de π/4.Sathyaprakash B.S. y Schutz B.F., "Physics, Astrophysics and Cosmology with Gravitational Waves", Living Rev. Relativity 2009, 12 (2):1-140. doi:10.12942/lrr-2009-2. Consultado el 15 de febrero de 2016.
Objetos emisores de ondas gravitatorias
La amplitud predicha para estas ondas y los efectos observables son muy débiles, de modo que su detección directa es extremadamente difícil. La amplitud, de hecho, es muy inferior al ruido vibracional procedente de otras fuentes. Tan solo los fenómenos más violentos del universo producen ondas gravitatorias susceptibles de ser detectadas.
Los objetos que deberían emitir ondas de gravedad detectables de manera directa son objetos muy masivos sometidos a fuertes aceleraciones o cuerpos masivos no homogéneos rotando a gran velocidad. Se espera poder encontrar ondas gravitatorias producidas en fenómenos cataclísmicos como: 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 heterogénea. 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. (Cualquier objeto con masa y aceleración produce ondas gravitatorias, dependerá de la precisión del equipo para poder cuantificarlas, actualmente solo hemos logrado captarlas con sucesos de una energía muy elevada).
Evidencia experimental