Investigaciones recientes detallan la posibilidad de utilizar la Luna, el satélite natural de la Tierra, como un inmenso detector de ondas gravitacionales, con un peso de alrededor de 73 quintillones de toneladas. Los científicos implicados sugieren que el cuerpo celeste sería capaz de amplificar las señales sísmicas generadas por el paso de estas ondas.
Para una mejor comprensión, las ondas gravitacionales son distorsiones en el espacio-tiempo, predichas inicialmente por Albert Einstein en 1916 como parte de su teoría de la relatividad general.
El físico Barry C. Barish, premio Nobel y vinculado al Instituto Tecnológico de California, explicó en un artículo que, dentro de esta teoría, los cúmulos de masa o energía alteran el espacio-tiempo. Las variaciones en la forma o ubicación de estos objetos provocan una distorsión que se propaga por todo el universo a la velocidad de la luz, lo que caracteriza una onda gravitacional.
Detectar estas ondas no es una tarea sencilla; recién en 2015 fueron identificados y confirmados por primera vez por el Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser (LIGO).
Equipos como LIGO, aunque requiere un tamaño considerable para funcionar, tiene un principio de funcionamiento relativamente fácil de entender.
El profesor Ed Daw de la Universidad de Sheffield explicó en un artículo que para construir un interferómetro de ondas gravitacionales sólo se necesitan dos haces de luz que viajen entre pares de espejos en tubos orientados en diferentes direcciones, como norte y oeste.
El paso de una onda gravitacional hace que el espacio se estire en una dirección y se contraiga en dirección perpendicular.
En la Tierra, esta acción provocaría que los espejos se movieran mínimamente, disminuyendo la distancia entre un par y aumentándola entre otro. Este movimiento es, de hecho, la reacción de los espejos al estiramiento y compresión del espacio-tiempo.
Entonces, ¿cómo se puede transformar la Luna en semejante equipo? El concepto no implica construir un detector en su superficie, sino utilizar el propio satélite natural como sensor, con el apoyo de la sismología.
Cuando las ondas gravitacionales pasan a través de la Luna, se espera que el cuerpo celeste se estire y se comprima ligeramente. La premisa central es registrar esta deformación midiendo las vibraciones sísmicas resultantes que llegan a un sismómetro instalado.
Jan Harms, del Instituto de Ciencias Gran Sasso, explicó que la onda gravitacional vendría de un lugar muy lejano, como el universo primitivo, llegaría a la Luna y la haría vibrar como una campana. Según él, sería posible colocar sensores en la superficie lunar para detectar sus deformaciones o vibraciones.
Esta concepción, de hecho, no es reciente y se remonta a la época de Apolo. La misión Apolo 17 de la NASA, por ejemplo, instaló en la Luna el Experimento Gravímetro de Superficie Lunar con el propósito de detectar ondas gravitacionales mediante este método.
Sin embargo, el equipo no funcionó satisfactoriamente después de su instalación y no se identificaron ondas gravitacionales durante su paso por la Luna.
Cómo considerar las irregularidades en la superficie lunar.
En un estudio reciente, investigadores de la Academia China de Ciencias y la Universidad de Pekín intentaron mejorar el modelado de cómo funciona un detector de esta naturaleza.
Mientras que los intentos anteriores emplearon modelos idealizados de la Luna, sin tener en cuenta sus cráteres y su superficie irregular, este equipo desarrolló una representación nueva y más fiel del satélite natural.
En su artículo, el grupo de científicos señala que los modelos teóricos señalan a la Luna como un potencial detector de resonancia, pero la influencia desconocida de su superficie rugosa y su interior heterogéneo dificultaron modelar con precisión su respuesta. Afirman haber resuelto esta incertidumbre de larga data creando el primer modelo bidimensional de alta resolución de la respuesta lunar a las ondas gravitacionales, considerado más realista que los anteriores.
Con la ayuda del modelo, el equipo pudo determinar los lugares de la Luna donde las señales de ondas gravitacionales serían más fácilmente detectables. El objetivo es ayudar a elegir el punto de aterrizaje de la misión china Chang’e-7, que llevará el primer sismómetro lunar de banda ancha.
Durante este procedimiento, los investigadores descubrieron la existencia de regiones capaces de amplificar significativamente las señales, especialmente para las frecuencias de ondas gravitacionales que son difíciles o imposibles de investigar con los detectores terrestres actuales.
El equipo aclara que, en promedio, la señal sísmica puede tener una amplificación del 10% en zonas con corteza más gruesa. En ciertos rangos de frecuencia restringidos, esta amplificación puede exceder incluso un orden de magnitud.
Además, destacaron que las áreas con corteza más gruesa, en particular las tierras altas de la cara oculta de la Luna, muestran constantemente una amplificación de la señal de las ondas gravitacionales, lo que ofrece mejores perspectivas para su detección.
Aunque se necesita más investigación sobre el desarrollo de sismómetros y la precisión de los lugares de aterrizaje, es creíble que la humanidad pueda comenzar a detectar ondas gravitacionales utilizando la totalidad de la Luna.
Xian Chen, profesor de astrofísica en la Universidad de Pekín, añadió que la Luna puede “resonar más intensamente” en respuesta a las ondas gravitacionales de lo que se pensaba anteriormente. Explicó que, históricamente, el factor que faltaba en los análisis era la variación en el espesor de la corteza lunar. El experto considera que el trabajo actual es fundamental para elegir los lugares donde instalar futuros sismómetros lunares, y unas decisiones mejor informadas mejorarían significativamente el rendimiento científico de los proyectos de sismología lunar.
