Impresión artística del Telescopio Einstein, un detector de ondas gravitacionales de última generación. La Colaboración de Telescopios Einstein ha firmado un contrato con el CERN para diseñar el sistema de vacío del detector. Fuente: CERN
Las ondas gravitacionales, como el descubrimiento del bosón de Higgs en 2012, han dejado su huella en una década de notables descubrimientos en física. A diferencia de la gravedad, que se crea cuando los objetos masivos dejan su marca en el tejido del espacio-tiempo, las ondas gravitacionales son ondas muy débiles en el espacio-tiempo causadas por masas aceleradas gravitacionalmente.
Hasta ahora, los científicos han podido detectar ondas gravitacionales producidas por la fusión de objetos muy pesados, como agujeros negros y estrellas de neutrones. Cuando esto sucede, estos ecos del pasado reverberan en todo el universo y finalmente llegan a la Tierra, lo que nos permite reconstruir lo que sucedió hace millones de años luz.
Los observatorios de ondas gravitacionales actuales pueden detectar solo unas pocas ondas gravitacionales porque cubren solo un espectro estrecho de toda la gama de longitudes de onda emitidas. Los futuros observatorios de ondas gravitacionales, como el Telescopio Einstein, un experimento reconocido por el CERN, deben ser más grandes para buscar una banda de ondas gravitacionales más amplia que pueda darnos más información sobre el universo.
Un componente clave de los futuros observatorios de ondas gravitacionales es la tecnología de ultra alto vacío. Como centro de investigación y desarrollo líder en el mundo para aplicaciones en este campo, el CERN es uno de los pocos lugares donde la gente sabe cómo construir sistemas de vacío ultraalto muy largos. La experiencia de diez años del CERN en la instalación subterránea de sistemas de vacío complejos y ultralimpios es un beneficio adicional para el Telescopio Einstein, ya que se instalará al menos a 200 metros por debajo de la superficie de la Tierra.
Por lo tanto, los principales institutos que colaboran dentro de la Colaboración del Telescopio Einstein concluyeron un acuerdo de cooperación con el CERN en 2022. Sobre la base de este acuerdo, se llevó a cabo un taller de lluvia de ideas en marzo de 2023 sobre cómo se verían estos sistemas y qué materiales funcionarían mejor. La colaboración espera completar un prototipo de tubo de vacío para fines de 2025. Los hallazgos del taller ayudarán a reducir no solo el costo de construir el Telescopio Einstein, sino también potencialmente el costo de futuros aceleradores.
“Se espera que la sensibilidad del Telescopio Einstein sea al menos diez veces mayor que la de Ligo-Virgo”, dice Michele Punturo, quien comenzó su carrera como físico en el CERN y ahora es portavoz de la Colaboración. “Su sensibilidad en el rango de baja frecuencia nos permitirá detectar agujeros negros de masa intermedia”.
El telescopio Einstein fue diseñado para medir las ondas gravitacionales con una precisión diez veces mayor que los detectores de ondas gravitacionales existentes y complementará los futuros detectores de ondas gravitacionales basados en el espacio. El experimento enviará un rayo láser a un túnel triangular de 120 km de largo.
Este haz se dividirá en dos haces que serán reflejados por los espejos. La longitud del túnel se seleccionó de modo que los dos rayos láser se cancelaran con precisión. Si la onda gravitacional cruza la señal del láser, se interrumpirá y dejará su rastro. La naturaleza de esta huella proporcionará a los científicos información sobre el evento que creó la onda gravitacional en primer lugar.
Debido a la alta precisión de la señal, el sistema de vacío en el que opera el láser no solo debe ser ultralimpio, sino también libre de vibraciones y contaminación electromagnética, ya que ambos pueden imitar la señal de una onda gravitacional entrante.
Otra fuente potencial de modificación de la frecuencia de las ondas gravitacionales es la materia oscura, una forma esquiva de materia que parece constituir la mayor parte de nuestro universo. Los teóricos ya están trabajando en modelos para ver si la señal registrada podría verse afectada por la materia oscura. Esta búsqueda complementaría la búsqueda de materia oscura que se está llevando a cabo actualmente en los experimentos de objetivo fijo y colisionador en el CERN.