Acabamos de duplicar el número de ondas gravitacionales que podemos encontrar.

Las ondas gravitacionales que se extienden a lo largo de miles o miles de millones de kilómetros pueden verse ocultas en nuestros detectores por las más pequeñas fluctuaciones cuánticas que permean el espacio-tiempo. Pero ahora, los investigadores del Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO) han encontrado una forma de superar este ruido cuántico. Y como resultado, están encontrando casi el doble de eventos cósmicos que antes.

“Hace tiempo que nos dimos cuenta de que el ruido cuántico nos limitaría. No se trata de una mera demostración (cuántica), sino de algo que realmente afecta al detector en sí”, afirma Wenxuan Jia, del Instituto Tecnológico de Massachusetts.

LIGO detecta ondas gravitacionales, ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo creadas por dramáticos eventos cósmicos como colisiones entre agujeros negros. Para ello, dispara un rayo láser a lo largo de cada uno de sus dos brazos de 4 kilómetros de largo, que se encuentran perpendiculares entre sí. Una onda gravitacional que pasa aplasta y expande la parte del espacio-tiempo donde se encuentran estos brazos, introduciendo una pequeña diferencia entre las distancias recorridas por los dos rayos.

Pero esa discrepancia es tan pequeña que puede resultar difícil determinar cuándo es causada por ondas gravitacionales y cuándo se debe a los parpadeos casi imperceptibles de los campos cuánticos que impregnan todo el espacio, incluida la propia luz láser. Los investigadores descubrieron que cambiar las propiedades cuánticas de la luz podría ayudarlos a suprimir los crujidos de los campos cuánticos y obtener una señal de ondas gravitacionales más clara.

Agregaron una serie de dispositivos al detector, incluido un cristal especial y varias lentes y espejos, que trabajan juntos para “comprimir” la luz de LIGO en un estado cuántico donde las correlaciones entre las partículas de luz disminuyen el parpadeo.

LIGO completó su primera prueba con luz comprimida en 2020, pero el método solo funcionó para ondas gravitacionales con frecuencias relativamente altas; las de frecuencias más bajas en realidad produjeron señales más ruidosas que antes. Jia y sus colegas modificaron el proceso de compresión para que funcionara igualmente bien tanto en frecuencias altas como bajas antes de la prueba de LIGO de 2023. Este cambio tuvo un efecto sorprendente: la cantidad de ondas gravitacionales que detectó casi se duplicó, lo que permitió que la máquina revelara una parte más grande de nuestro universo.

“Ampliar los límites de la medición cuántica ha ampliado los límites de la medición del espacio-tiempo, lo cual es realmente algo hermoso”, afirma Chad Hanna, de la Universidad Estatal de Pensilvania. Afirma que esta precisión avanzada permitirá a LIGO observar fusiones de agujeros negros “desde el momento de formación de las primeras estrellas”.

Bruce Allen, del Instituto Max Planck de Física Gravitacional de Alemania, afirma que hay varios tipos nuevos de ondas gravitacionales que a los físicos les gustaría ver con la precisión recién descubierta de LIGO. Entre ellas, las que emiten constantemente las estrellas de neutrones llenas de baches a medida que giran, a diferencia de las que emiten cuando chocan con algo, que ha sido el origen de la mayoría de las ondas gravitacionales detectadas hasta la fecha.

La actualización también abre la puerta a nuevos descubrimientos, ya que podría ayudar a investigar el fondo de ondas gravitacionales que impregna el espacio-tiempo. “Cada vez que aumentas la sensibilidad (de tus detectores), aumentas tus posibilidades de encontrar lo inesperado”, dice Allen.