Carátula

David Alvarez Caballero

3er año de preparatoria

ENP #7 Ezequiel A. Chávez

David León Salinas

Dirección general de cómputo y de tecnologías de información y comunicación.

(DGCTIC)

Instituto de Astronomía UNAM

Alfredo Santillán González

Astrofísica para milennials: LIGO y las ondas gravitacionales.

Introducción: Antecedentes y planteamiento del problema (5 a 8 paginas)

Los milennials pertenecen a una generación que ha crecido entre lo viejo y lo nuevo.

Se ha visto rodeada de numerosas críticas debido a que vive con la etiqueta de

formar un ejército de gente perezosa, narcisista y consentida. Sin embargo, los

jóvenes milennials son también críticos, exigentes, digitales y participativos, pero

piensan que la sociedad está en deuda con ellos debido a que casi no es tan

reconocido su trabajo en la sociedad.

Los jóvenes que nacieron entre 1980 y el año 2000 (los llamados milennials) serán

más del 70% de la fuerza laboral del mundo desarrollado en 2025. Probablemente

habrán empezado a tomar las riendas del futuro de la humanidad. Esta generación

se ha desarrollado con numerosas ventajas, en las que destacan el acceso a las

tecnologías de la comunicación y el empleo de aparatos computacionales o

electrónicos. Hoy en día acceder a la información que brinda internet es una cosa

sencilla, pero en décadas anteriores no era tan fácil acceder al conocimiento.

Generaciones anteriores carecieron de muchas cosas que se tienen en la

actualidad. Además de esto, las crisis económicas, los conflictos bélicos y el difícil

acceso a la información, provocó que muy pocas personas tuvieran acceso a las

facilidades que brindan las tecnologías hoy en día. Cabe señalar, que la cantidad

de información producida en las últimas décadas ha ejercido una gran demanda en

el almacenamiento de datos, lo que trae como consecuencia el avance de nuevas

tecnologías. Es gracias a este continuo crecimiento que los milennials cuentan con

algunas ventajas en comparación con otras generaciones que no las tuvieron.

La participación en diversos movimientos sociales ha hecho de los milennials una

generación activa y muy diversa, por lo que en algunas ocasiones son vistos de

buena manera al momento de solicitar algún trabajo en el que puedan laborar, pues

ellos son quienes están más familiarizados con las tecnologías que son requeridas

en la vida diaria.

Sin embargo, existe una fracción de esta generación que no se dedica a hacer de

sus vidas algo productivo, es por esta razón que una de las propuestas más

importantes que han promovido diversas organizaciones científicas a nivel global,

es la participación en la ciencia ciudadana.

La misión de la ciencia ciudadana es difundir diversos temas culturales y científicos

para la colaboración en distintos proyectos de importancia contemporánea. En este

tipo de ciencia, se involucra la participación directa de la sociedad, desde niños

hasta adultos aficionados. Se pueden aprender diversos temas científicos, pero lo

importante de la ciencia ciudadana es la colaboración en proyectos de talla

internacional y reconocidos en diversas áreas de la ciencia, como la que presento

en este trabajo, una investigación con datos reales que proporciona el LIGO sobre

la búsqueda de ondas gravitacionales, un fenómeno astrofísico que fue predicho

hace poco más de 100 años por el físico Albert Einstein en su teoría de la relatividad

general.

La ciencia ciudadana trata de involucrar a la sociedad en el desarrollo de la ciencia,

teniendo como principal sustento la participación en forma activa de los milennials.

Además de esto, la ciencia ciudadana puede servir como una gran herramienta para

elegir alguna carrera de estudio, algo de vital importancia en el nivel bachillerato,

pues da incentivos para acercarse a temas culturales y científicos de gran

relevancia.

En este proyecto se involucra mi participación dentro de uno de los proyectos

científicos más importantes a nivel mundial que tratan de detectar ondas

gravitacionales. Al participar en este proyecto, se juega un papel importante como

un científico ciudadano, es muestra de que no solamente los científicos y gente

profesionista tenga acceso a conocimientos científicos y culturales. Es sin lugar a

duda una de las mejores propuestas para involucrar a la sociedad en el avance del

positivismo.

Introducción a LIGO y las ondas gravitacionales

La astronomía es una ciencia que se remonta a

las primeras civilizaciones humanas. Al

observar los astros, el ser humano pudo ser

capaz de determinar las estaciones del año,

predicar las fechas propicias para la agricultura,

y también a orientarse en distintos territorios.

Estas solo fueron algunas de las ventajas que

tuvo el estudio a simple vista de la luz que

emitían distintos cuerpos celestes, es decir, sin

el empleo de aparatos sofisticados. Con el

transcurso de los siglos, las técnicas que se

desarrollaron para observar el cielo fueron

mejorando. La invención del telescopio desencadeno una revolución que trastocaría

la visión del ser humano dentro del universo. Según data la historia, la primera

persona en apuntar al cielo con un telescopio fue Galileo Galilei, el autor de los

nombres de algunas lunas de júpiter, pues él fue su descubridor. Al observar el

sistema solar, Galileo pudo determinar que la tierra y los otros planetas en ese

momento conocidos, se encontraban orbitando alrededor de una gran estrella; a lo

que se denomina sistema solar. Esto confirmaba la teoría heliocéntrica de Nicolás

Copérnico, donde decía que los planetas orbitaban en un sistema en cuyo centro

se encuentra el sol.

El asombro con el que Galilei observaba la luminosidad de las estrellas tan distantes

dio como resultado la conclusión de que la tierra es en realidad un lugar más en el

Universo. Esto a su vez, desencadeno una nueva corriente filosófica que daba

explicación acerca del comportamiento de los astros, pues antiguamente se

consideraban como ciertos algunos dogmas religiosos, como la idea de que la tierra

era el centro del universo.

Fig. 1. Sistema heliocéntrico: órbitas

de los planetas vistas desde el Sol.

Harmonia Macrocosmica, de Andreas

Cellarius (1708).

Esta es una de las grandes revoluciones que el entendimiento humano ha tenido

gracias al estudio de la naturaleza, su comprensión ha sido objeto de numerosas

teorías que fueron cambiando con el paso del tiempo.

Hoy en día se sabe que la luz es un

conjunto de ondas electromagnéticas que

viajan a distintas longitudes de onda y

frecuencias. Las hay desde las menos

energéticas (ondas de radio, microondas,

ondas milimétricas y región visible) hasta

las muy energéticas (ultravioleta, rayos X y

rayos gamma). El comportamiento de la

radiación electromagnética depende de su

longitud de onda, por lo tanto, las

frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas, y las frecuencias

inferiores tienen longitudes de onda más largas. Sin embargo, el espectro

electromagnético no fue estudiado a profundidad sino hasta que con el paso del

tiempo y a medida que se iban desarrollando nuevos instrumentos para la

observación astronómica, se pudo conocer más acerca de las características de

distintos objetos cósmicos.

El avance de los aparatos empleados para la observacion astronomica, tales como

los telescopios, los radares, las antenas y los detectores, han permitido estudiar la

composicion, el desarrollo y la evolucion de numerosos cuerpos cosmicos,

ampliando cada vez mas la vision que se tiene acerca del universo.

Fig. 2. Espectro electromagnético.

(Instituto de astronomía, UNAM)

Fig. 3. Nebulosa del cangrejo representada en diferentes rangos del espectro electromagnético.

Ahora bien, en 1915 Albert Einstein público su

revolucionaria teoría de la relatividad general.

En ella se postula que el espacio y el tiempo se

pueden unificar en un mismo concepto: el

espacio-tiempo, y la gravedad, en vez de

considerarse una fuerza de atracción, puede

entenderse como la deformación del espacio-

tiempo. Los objetos con masa deforman la tela

del espacio-tiempo modificando la trayectoria

de otros cuerpos, pero con masas inferiores, es por esta razón que los planetas

giran en torno al sol, por ejemplo.

Una de las predicciones más interesantes que se encuentra dentro de teoría de la

relatividad general de Einstein, es la existencia de ondas gravitacionales.

Según la teoría, cuando grandes masas se encuentran en movimiento, producen

ondas que se propagan a la velocidad de la luz en la tela del espacio-tiempo. Al

pasar por un medio, las ondas gravitacionales estiran y comprimen los objetos en

dirección perpendicular. Este tipo de eventos astrofísicos se originan a partir de la

interacción de objetos supermasivos, como la colisión de dos agujeros negros, las

explosiones de estrellas en forma de supernova o la emisión de radiación

gravitatoria producida por un pulsar1. Para un

mejor entendimiento, véase el siguiente video:

https://www.youtube.com/watch?v=Io2-

RJSEpUM&t=4s.

Para hacernos una imagen de este tipo de

eventos, basta con imaginar un objeto con masa

que es arrojado en un recipiente con agua; al

momento de interactuar con la superficie líquida

produce una serie de oscilaciones que se van

1 Estrella de neutrones que puede contener 500 000 veces la masa de la Tierra en una esfera de un diámetro de una decena de kilómetros.

Fig. 5. Emisión de ondas

gravitacionales. (LSC)

Fig. 4. La gravedad según Einstein.

propagando en todo lo ancho y largo del recipiente que contiene el agua. Algo así

ocurre cuando se producen ondas gravitacionales, solo que la velocidad de

desplazamiento de las ondas gravitacionales tiende a estar bajo un cierto límite.

Dichas ondas gravitacionales se desplazan a la velocidad de la luz. Este principio

ya había sido enunciado anteriormente por el mismo Einstein en 1905 en su también

famosa teoría de la relatividad especial. En ella postula que no existe información

alguna que viaje más rápido que la luz, debido a que la radiación electromagnética

es lo más rápido que puede viajar en el universo. Esto violaba principios que

hablaban sobre gravedad propuestos por Isaac Newton en su reconocida Ley de

gravitación universal.

Tal y como dice en Física General (Montiel. 2011) en 1687 Newton público su Ley

de gravitación universal, en ella expuso que la atracción gravitatoria está en función

de la masa de los cuerpos y de la distancia entre ellos. Cuanto mayor masa posea

un cuerpo mayor será la magnitud de la fuerza con que atraerá a los demás cuerpos.

Para entender mejor estos conceptos, véase el documental Universo Elegante:

https://www.youtube.com/watch?v=kun3Rimy2Fo.

Isaac Newton

(1642-1727)

Albert Einstein

(1879-1955)

Ley de la

gravitación

universal

(1687)

Teoría de la

relatividad

especial

(1905)

Teoría de la

relatividad

general (1915)

Todos los cuerpos

poseen un campo

gravitatorio.

La atracción

gravitatoria está en

función de las masas

de los cuerpos y de

la distancia entre

ellos.

La velocidad de

la luz es lo más

rápido en el

universo: 300,

000 km/s.

Leyes de la

mecánica.

Cuanto mayor masa

tenga un cuerpo

mayor será la

magnitud de la

fuerza con que

atraerá a los demás

cuerpos.

La fuerza gravitacional

con la que se atraen dos

cuerpos será mayor a

medida que disminuya la

distancia entre ellos.

Teoría de la

gravitación.

La gravedad es

el resultado de

la curvatura del

espacio-tiempo.

Predicción de ondas

gravitacionales que

se propagan a la

velocidad de la luz.

En el diagrama se puede apreciar que ambas teorías de la gravedad se basan en

características completamente distintas. Mientras una determina que la gravedad

es una fuerza de atracción originada entre las masas, la otra afirma que la gravedad

es el resultado de la deformación de espacio-tiempo originada por la presencia de

masas, además de predecir ondas gravitacionales cuando grandes masas se

encuentran en movimiento. Según el LSC de LIGO, las ondas gravitacionales se

clasifican en:

Fig. 7. Representación de la

gravedad según Einstein. Fig. 6. Representación de atracción

gravitatoria.

Tipos de ondas gravitacionales.

Ondas

gravitacionales

periódicas.

Son producidas por

sistemas con una

frecuencia bastante

constante y bien

definida. Ejemplos

de ellos son los

sistemas binarios de

estrellas o agujeros

negros en órbita

mutua.

Ondas gravitacionales

de sistemas binarios.

Se generan durante la

última fase de la vida de

los sistemas binarios,

cuando los dos objetos

se unen en uno solo.

Estos sistemas son

generalmente dos

estrellas de neutrones,

dos agujeros negros, o

una estrella de

neutrones y un agujero

negro cuyas órbitas han

decaído hasta el punto

en que las masas están a

punto de fusionarse.

Ondas gravitacionales

explosivas.

Provienen de

fuentes

desconocidas o

imprevistas de

corta duración.

Son las ondas que

'llegan de golpe',

sin esperarlas.

Hay hipótesis que

predicen que este

tipo de ondas

provienen de

supernovas o

explosiones de

rayos gamma.

Ondas

gravitacionales

estocásticas.

Son el vestigio de las

ondas

gravitacionales de la

evolución temprana

del universo. Se

asemejan a la

radiación de fondo

cósmico de

microondas, que

probablemente es la

luz residual del Big

Bang.

Debido a su gran complejidad

y a su casi imposible

detección, el ser humano

jamás iba a poder ser capaz

de detectar ondas

gravitacionales, esto pensaba

Einstein acerca de este tipo

de fenómenos. No fue hasta

el 14 de septiembre de 2015,

a casi más de 100 años

después de su predicción, las

ondas gravitacionales

provenientes de la fusión de

dos agujeros negros a 1300

millones de años-luz de la

tierra, fueron detectadas.

Ambos agujeros negros tenían

alrededor de 29 a 36 masas solares2, dando como resultado un agujero negro de

aproximadamente 64 masas solares. Durante los 0,2 segundos de duración en que

2 Una masa solar equivale a: 1,9891 x 1030 kg

Fig. 8. Representación artística de dos estrellas orbitando mutuamente y acercándose (de izquierda a

derecha) a su fusión, lo que da como origen oscilaciones que se desplazan en el espacio-tiempo.

(NASA)

Fig. 9. Anunciamiento de la primera detección de ondas

gravitacionales.

la señal fue detectable, la velocidad relativa de los agujeros negros aumentó del 30

% al 60 % de la velocidad de la luz.

¿Cómo se detectan ondas gravitacionales en la tierra?

Las ondas gravitacionales interaccionan con la materia comprimiendo los objetos

en una dirección y estirándolos en la dirección perpendicular. Por tanto, los más

modernos detectores de ondas gravitacionales tienen forma de L y miden las

longitudes relativas de sus brazos por medio de la interferometría, que observa los

patrones de interferencia producidos al combinar dos fuentes de luz láser. Dos de

estos interferómetros están en los Estados Unidos - uno en Hanford, Washington, y

otro en Livingston, Louisiana - y se llaman LIGO (siglas en inglés de Observatorio

de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser). LIGO es el mayor de los

detectores de ondas gravitacionales, con sus brazos de 4 km de longitud. Otros

detectores son VIRGO3 en Italia, GEO4 en Alemania y TAMA5 en Japón.

3 Proyecto francoitaliano que colabora con el LIGO. 4 Se encuentra cerca de la ciudad de Hanover, Alemania. Mide 600 metros de longitud. 5 Proyecto japonés que constituye un prototipo de detector de ondas gravitacionales. Es el más pequeño, con una longitud de 300 metros.

Fig. 10. Detectores de ondas gravitacionales alrededor del mundo. (LSC)

Un interferómetro

LIGO es el sistema más complejo y sensible de detección jamás construido. Opera

con un sistema de interferometría, en donde una luz láser mide las longitudes

relativas de los brazos del detector como si fuera un cronómetro de alta precisión.

Cuando una onda gravitacional pasa a través de la tierra, los brazos del LIGO se

estiran y comprimen. LIGO puede detectar un cambio en la longitud de los brazos

más pequeño que una diezmilésima parte del diámetro de un protón (10−19 metros),

que es la escala de detección que busca realizar LIGO.

El sistema de interferometría funciona de la siguiente manera: un haz de luz es

separado en dos en la intersección que conecta a los dos brazos, la mitad de la luz

del láser se transmite a un brazo mientras que la segunda mitad se desvía al

segundo brazo.

Dentro de los brazos de 4 metros

de longitud se encuentran espejos

suspendidos con un sistema de resortes sofisticado, dándoles aspecto de péndulos

apartados del suelo. La luz láser rebota una y otra vez en los espejos y, finalmente,

regresa a la intersección, donde interfiere con la luz del otro brazo.

Si las longitudes de los brazos no han cambiado, entonces las ondas de luz, al

combinarse, deberían restarse completamente (interferencia destructiva) y no se

observará nada de luz en la salida del detector. Por el contrario, si una onda

gravitacional estirara un brazo y comprime el otro ligeramente (más o menos 1/1000

del diámetro de un protón), los dos haces de luz no se restarían completamente el

Fig. 11. Diseño de un interferómetro básico. (LIGO)

uno del otro, produciendo patrones de luz en la salida del detector. Codificada en

estos patrones de luz se encuentra la información del cambio relativo de longitud

entre los dos brazos, que a su vez nos informa sobre lo que produjo las ondas

gravitacionales. Para mayor detalle véase el siguiente video del sistema LIGO:

https://www.youtube.com/watch?v=Io2-RJSEpUM.

Fallas dentro de un interferómetro

Numerosos factores terrestres causan constantes y minúsculos cambios en la

longitud relativa de los brazos de LIGO. Estas señales no deseadas se consideran

ruido o alteraciones en los instrumentos que conforman al sistema, tales como los

espejos o el láser. En este caso, el interferómetro trata de medir el cambio en la

longitud de sus brazos causado por una onda gravitacional y no por los incesantes

pequeños movimientos de los componentes de LIGO provocados por el ambiente.

Para ayudar a minimizar los efectos locales en el detector, se han realizado distintas

mejoras sobre el diseño del interferómetro básico (además de requerir que los dos

detectores detecten la misma señal dentro del tiempo que tarda la luz en viajar entre

ellos).

Una mejora es la colocación de los componentes ópticos de LIGO en el vacío y

suspendidos del suelo través de un sistema de resortes. En principio, esto evita que

las corrientes de aire perturben los espejos (incluso en un sistema bien aislado y

cerrado, las diferencias de temperatura a lo largo de los brazos del detector pueden

provocar vientos) pero fundamentalmente el vació asegura que la luz láser pueda

viajar a través de una línea recta en los brazos. Los leves cambios de temperatura

en el sistema provocan que la luz se curve al incidir sobre los espejos. tiene un

diámetro de aproximadamente 1.2 metros en sus 4,000 metros de longitud.

Comentado [da1]:

Introducción a Gravity Spy de zooniverse.

Objetivo. ¿Cómo colaborar en un proyecto de talla internacional, cuyo objetivo

principal es la búsqueda de ondas gravitacionales?

Ayudar a LIGO a detectar ondas gravitacionales

desde un ordenador puede ser posible gracias a

una interfaz llamada zooniverse; una plataforma en

internet que habla sobre ciencia ciudadana y

promueve la participación dentro de ella. En esta

interfaz, se encuentra un proyecto en el que miles

de personas alrededor del mundo analizan y

clasifican datos provenientes de los detectores de

ondas gravitacionales del LIGO.

Debido a que LIGO es uno de los experimentos más complejos y sensitivos jamás

construido, los detectores son perceptibles a diversas fuentes de ruido ambiental e

instrumental que obstaculizan la búsqueda de ondas gravitacionales, por lo que el

número de datos que producen en cortos intervalos de tiempo, son masivos. Los

fallos pueden imitar la apariencia de las ondas gravitacionales, representando un

gran problema para poder identificarlas. Una correcta clasificación y caracterización

de los fallos es fundamental para optimizar la capacidad de detección de LIGO. Sin

embargo, enseñar a un ordenador a identificar y clasificar morfológicamente todos

los tipos de fallas, es extremadamente difícil.

El objetivo principal de este proyecto es mostrar la forma en cómo se puede

colaborar en un proyecto de ciencia ciudadana, cuyo objetivo es la búsqueda y

detección de ondas gravitacionales, fenómeno astrofísico que ya se describió en

anteriores páginas.

A través de la colaboración de investigadores que trabajan para el LIGO, se ha

creado el proyecto Gravity spy (La gravedad del espía). Es uno de los muchos

proyectos que se encuentran en la interfaz de zooniverse, pero este en especial

trata de difundir lo que son las ondas gravitacionales, su forma de detección y

aprender a clasificar las fallas en los detectores para poder hacer de LIGO una

maquina cada vez más precisa para detectar perturbaciones del espacio-tiempo.

Además de proporcionar información acerca de los detectores de LIGO y las ondas

gravitacionales, en gravity spy también se puede participar en un foro donde se

exponen diversas cuestiones sobre el tema. Se tratan dudas acerca de los patrones

de detección, datos relevantes y las ultimas noticias del LSC, entre otras cosas.

Para comenzar una discusión en el foro de comentarios, es importante escribirlo en

inglés, pues se maneja primordialmente este idioma en el portal de zooniverse.

Zooniverse es un portal de ciencia ciudadana en el cual miles de voluntarios alrededor del

mundo participan en temas relacionados con las ciencias y las artes. Los proyectos tratan sobre

diversas disciplinas o ramas de la ciencia, cabe destacar que todos los temas son de relevancia

contemporánea. Zooniverse una de las mayores propuestas para la participación de la sociedad

en la ciencia ciudadana.

Los individuos participantes podrán escoger temas relacionados con distintas ramas de la

ciencia, como pueden ser: biología, medicina, física, meteorología, literatura, lingüística, etc.

En mi caso decidí tratar un tema de importancia contemporánea que se encuentra dentro de

la astrofísica, el estudio de ondas gravitacionales.

Para poder participar en algún proyecto que ofrece Zooniverse, al siguiente a:

https://www.zooniverse.org/, seleccionar un tema de interés y comenzar a trabajar.

A partir del 14 de febrero de 2014, la comunidad de Zooniverse constaba de más de 1 millón

de voluntarios registrados. Los voluntarios a menudo se denominan colectivamente

"Zooites". Los datos recogidos de los diversos proyectos han llevado a la publicación de más

de 100 artículos científicos. Un sitio de noticias diarias llamado 'The Daily Zooniverse'

proporciona información sobre los diferentes proyectos bajo el paraguas de Zooniverse, y

tiene presencia en las redes sociales.

Incluye distintas categorías:4 (en inglés)

Hipótesis. Errores en la medición de ondas gravitacionales.

Al hacer una medición de cualquier magnitud

física se observa un número que la caracteriza,

y es necesario saber con que certeza se puede

decir que el número obtenido representa la

magnitud física medida; se introducirá el

concepto de error en la medición.

“La diferencia entre el valor real de una

magnitud y el valor obtenido al medir se llama error”6

El error en la medición de ondas gravitacionales quizá se deba a la impericia de la

persona que realiza la medición, imprecisiones en el aparato con que se mide o a

una serie de factores incontrolable, que pueden incidir en la medición, como los

sismos o el ruido.

Clasificación de los errores

A) Errores sistemáticos:

a) Errores en la calibración de instrumentos

b) Errores del observador, como el error debido al paralaje (lecturas que

dependen de la posición del observador)

c) Errores debidos a la influencia de ciertos factores que no se toman en

cuenta. Por ejemplo, un instrumento utilizado a una temperatura diferente

de la temperatura en que se verifico su calibración causara un error

sistemático en las medidas si no se hace la corrección apropiada.

B) Errores accidentales:

a) Errores de apreciación, por ejemplo, en la estimación del número de datos

obtenidos.

b) Errores debidos a condiciones en constante cambio, como variaciones en

la red de energía electrica del láser.

6 Duran Martínez. Op. Cit., p. 15.

Fig. 12. Ajustes al LIGO (LSC).

c) Errores debidos a la naturaleza de la magnitud que se mide, por ejemplo,

variaciones en el cambio de longitudes debido a la falta de pulimiento de

los espejos.

C) Errores burdos:

a) Equivocaciones en la lectura de medidores o en la cuenta del número de

oscilaciones del péndulo de espejos.

b) Errores en la computación por falta de precisión, como en el uso de una

regla de cálculo para procesar los datos de manera diferente.

En principio, los errores burdos se deben a una técnica deficiente y pueden ser

eliminados. Los demás también pueden ser reducidos aplicando técnicas

perfeccionadas, y con mejores instrumentos, pero no pueden ser eliminados

totalmente. Establecer criterios de clasificación en los errores representa un mejor

funcionamiento de los aparatos diseñados para la detección de radiación

gravitacional (ondas gravitacionales).

Representación gráfica de los errores que se clasifican en gravity spy

Al detectar ondas gravitacionales, estas se asemejan mas al sonido. Esto se debe

a que se encuentran en un tono armonico definido, es decir, una onda fundamental.

esta caracteristica depende del numero de vibraciones por unidad de tiempo en el

laser del detector, frecuencia, y de la magnitud de la onda.

Al descomponer las ondas gravitacionales en sonido, se obtiene una impresión

auditiva que visualmente representa en un espectrograma, en el que se muestra un

fallo a partir de los datos de LIGO. El espectrograma se presenta en un grafica

espacio tiempo-frecuencia, lo que significa que el eje horizontal muestra el tiempo

en el que dura un fallo en segundos, y el eje vertical muestra las frecuencias en el

que el fallo es “detectado”. Los colores que se muestran a la derecha de la gráfica

representan la intensidad de la falla, que indica la cantidad de movimiento que se

produjo en los brazos del detector. Se muestra una imagen enviada desde el

observatorio de Livingston, Louisiana.

El tipo de detección a la que pertenece una onda gravitacional se asemeja al

siguiente espectrograma:

Se trata de la detección que se dio

simultáneamente en los

detectores de LIGO situados en

los Estados Unidos el 14 de

septiembre de 2015. Como se

mencionó antes, las ondas

gravitacionales tienen una

frecuencia y un tono bien definido

que difieren de otros tonos

armónicos.

En las dos imágenes superiores

se muestran simulaciones

numéricas de la detección de

ondas gravitacionales basadas en

la teoría de la relatividad de

Einstein, en las dos inferiores se muestra como fue captada la señal en los

Frecuencia

del fallo

expresada

en Hertz.

Tiempo en que

dura la falla en

segundos.

Energía que

expresa la

potencia del

movimiento

en los

brazos de

LIGO.

Fig. 13. Detección correspondiente a la fusión de 2

agujeros negros a 1 300 años luz de distancia

detectores de LIGO Hanford y el LIGO Livingston. Hay que destacar que ambos

detectores se encuentran separados en una distancia que corresponde a un poco

más de 3000 kilómetros. Se trata de un caso particular en el que las observaciones

numéricas concuerdan con las señales detectadas en el LIGO.

Esta detección, además de ser muy interesante por ser la primera vez que se capta

directamente este tipo de onda, también podría confirmar la existencia de los

agujeros negros.

Volviendo a gravity spy, para poder clasificar se debe de seleccionar la categoría

que mejor se asemeje a la falla que se muestra en cada caso particular. Se puede

ver una evolución de los fallos en una opción que puede servir como ayuda para la

mejor clasificación de los mismos. Cada detección posee caracteres distintos.

Resultados. En este proyecto se realizó una

clasificación de 1030 fallos de LIGO en un

periodo de tres meses, en los cuales

aparecieron una gran variedad de formas de

contaminación en los detectores. Al observar

los espectrogramas, se puede diferenciar

entre uno y otro la potencia y la duración de

cada fallo, lo que trae como conclusión que

existen diversos factores que pueden

representar un gran obstáculo para la

detección de ondas gravitacionales.

Fig. 14. Evolución de un fallo técnico en gravity spy (Zooniverse).

Fig. 15. Cuenta virtual en zooniverse.

Es necesario que se cree una cuenta cuando se comience a trabajar sobre un

proyecto, pues de esta manera se lograran almacenar los registros y cada actividad

que se realice en el momento de estar activo en la interfaz de ciencia ciudadana.

A continuación, se muestran algunos de los fallos de LIGO que proporciona

zooniverse en el proyecto gravity spy.

• Línea eléctrica de 60 Hz

La línea electrice es estrecha y se presenta en una frecuencia de alrededor

de 60 Hz y sus múltiplos - es decir, 120 Hz, 180 Hz. Tienen un periodo de

duración de los últimos 0,2-0,5 segundos

• Pez koi

Los fallos en forma de pescados de Koi (especie de pez japonés) son similares a

estos porque parecen un pescado con una cabeza, aletas, y cola fina.

• Silbido

Los silbidos (también conocidos como Radio Frequency Beat Notes) tienen

una forma característica de 'W' o 'V'.

• Sin fallos

No se presentan fallos en la imagen.

• Modo armónico de violín

Los modos armónicos de violín son perturbaciones cortas de 500 Hz y sus múltiplos,

es decir, 1000 Hz, 1500 Hz.

• Punto luminoso en el radar

Los puntos luminosos son fallos cortos, tiene generalmente una forma simétrica de

lagrima.

Estos son algunos de los fallos que tienen que clasificarse en el proyecto gravity spy

de zooniverse. A partir de los datos que proporciona el LIGO para involucrar a la

sociedad en la ciencia ciudadana, se puede aprender un poco de astrofísica,

específicamente de los fenómenos que puede tener una de las fuerzas más

enigmáticas de la naturaleza: la gravedad.

Gravity Spy es financiado por la subvención NSF INSPIRE 1547880. Este material

se basa en el trabajo apoyado por la National Science Foundation (Fundación

Nacional para la Ciencia), además de las colaboraciones de investigadores del

LIGO, el LSC, la Universidad estatal de California en Fullerton, la Universidad de

Northwestern para la exploración interdisciplinaria y la investigación astrofísica y la

Universidad de Siracusa.

Conclusiones

Al analizar los fallos, uno puede determinar que aún faltan algunos ajustes que se

le deben realizar al sistema operativo de LIGO, pero la cuestión está en que tantos

datos que producen los detectores no pueden ser procesados o analizados por

ordenadores simplemente; es una tarea de reconocimiento que requiere de

Fig. 16. Instituciones educativas y científicas que colaboran en el proyecto gravity spy de

zooniverse.

comprensión humana, en donde la intuición y la observación juegan un papel

importante.

Esa es la misión de la ciencia ciudadana dentro de este tipo de proyectos que están

al alcance de todos aquellos que estén interesados en este tipo de proyectos y en

muchos otros igual de interesantes. Ayudar a científicos en un proyecto de

importancia contemporánea que engloba la participación de miles de personas

alrededor del mundo, es un pequeño aporte para que esta ciencia progrese y se

siga generando nuevo conocimiento para las generaciones futuras. Así como a los

milennials les sucede, rodeados de tecnologías y de recursos que facilitan sus

tareas de la vida cotidiana, también existen algunas oportunidades que brindan

instituciones científicas para la participación en la ciencia ciudadana, como es el

caso de este proyecto.

Gracias a la colaboración de miles de personas en todo el mundo, incluyendo la mía

EL estudio de las ondas gravitacionales apenas comienza, la humanidad se ve ante

una nueva era en el estudio de la astronomía. Se dice que la única herramienta de

la que dispone un astrónomo es la luz, para saber la composición de las estrellas,

determinar las distancias a las que se encuentran las galaxias, etc. Gracias a la

detección de ondas gravitacionales, los astrónomos ahora ya no solamente

dependerán de la información que proviene de la luz, es decir, ahora se cuenta con

los datos que arroja la radiación gravitacional en forma de ondas, algo

completamente distinto que la radiación electromagnética (luz).

Quien podría imaginar, que después de casi 100 años de predecir las ondas

gravitacionales, estas serían detectadas. Albert Einstein, el físico más grande del

siglo XX y también padre de la relatividad general, describió este tipo de fenómenos

astrofísicos como imposibles de detectar para el ser humano. Hoy en día, se sabe

que las ondas gravitacionales existen y que la nueva era en su campo de estudio

apenas comienza. Es un tema apasionante y a la vez interesante, pero más aún lo

es, que gente como yo pueda tener acceso a este tipo de temas que están al alcance

de todos, de toda una sociedad.

La ciencia ciudadana representa toda una comunidad cuyo fin es el progreso del

conocimiento para las generaciones actuales y venideras. Los milennials también

son incluidos, pues esta generación a la cual pertenezco representa un pilar

importante para darle continuidad a los avances científicos que engloban a toda una

sociedad, desde niños hasta a los adultos mayores.

No queda más que continuar aprendiendo y colaborar en este tipo de proyectos

para acercarnos aún más a lo interesante que puede ser el mundo de la ciencia

ciudadana. Gracias.

Referencias documentales.

Sitios web:

Instituto de Astronomía, Origen de las ondas gravitacionales, UNAM,

http://www.astroscu.unam.mx/~wlee/OC/SSAAE/AAE/Ondas%20Gravitacionales/

Origen%20Ondas.html, fecha de acceso: 3 de julio del 2017.

Instituto de Astronomía, UNAM, IA, 2012,

http://www.astroscu.unam.mx/IA/index.php?lang=es, fecha de acceso: 3 de julio

de 2017.

Zooniverse, Proyects, zooniverse, 2017, https://www.zooniverse.org/, fecha de

acceso: 5 de julio del 2017.

Zooniverse, Gravity Spy, Zooniverse, 2017,

https://www.zooniverse.org/projects/zooniverse/gravity-spy, fecha de acceso: 5 de

julio de 2017.

LIGO, Colaboración científica de las ondas gravitacionales, LSC, 2015,

http://ligo.org/sp/. fecha de acceso: 5 de julio de 2017.

LIGO, Introducción a las ondas gravitacionales, LSC, 2015, http://ligo.org/sp/,

fecha de acceso: 5 de julio de 2017.

LIGO, Newton, Einstein y las ondas gravitacionales, LSC, 2015,

http://www.ligo.org/sp/science/GW-GW.php, fecha de acceso: 5 de julio de 2017.

Documentales:

Universo elegante, disponible en:

https://www.youtube.com/watch?v=kun3Rimy2Fo.

Explicación de como LIGO detectó ondas gravitacionales, disponible en:

https://www.youtube.com/watch?v=Io2-RJSEpUM&t=4s.

Conferencia ondas gravitacionales por Miguel Alcubierre en la facultad de

ciencias, UNAM, disponible en:

https://www.youtube.com/watch?v=QnsuiOexkJE&t=1849s.

Libros:

Pérez, H. (2001). Física General. 4th ed. México: Editorial Patria, pp. 146-154.

Alberdi, A. (2015). Los agujeros negros. 1st ed. Villatuerta, España: RBA, pp.113-

130.

Casas, A. (2015). La materia oscura. 1st ed. Villatuerta, España: RBA, pp.

Opinión y experiencia personal.

La estancia corta me pareció una experiencia muy satisfactoria, puesto que, a pesar

de la primera estancia en la que participo, la forma en que logre apreciar como

desempeña su profesión un astrofísico es digno de apreciar.

Esta estancia me ha ayudado a mí a acercarme un poco más a la futura profesión

que me gustaría estudiar, pero mi principal objetivo es estudiar física en la facultad

de ciencias de la UNAM, para posteriormente estudiar la astronomía en la misma

institución.

Algunos lugares que visite durante la visita en la estancia ya eran un poco conocidos

para mí, como el Instituto de astronomía. Sin embargo, también pude conocer la

Dirección General de Computo y de Tecnologías de la Información y de

Comunicación (DGCTIC) en ciudad universitaria.

Me encuentro sumamente agradecido por los consejos del Dr. Alfredo Santillán, por

haberme guiado en el mundo de la ciencia ciudadana y de la astrofísica. De igual

manera con el profesor David León por haberme introducido al tema de las ondas

gravitacionales.