Potser no ho sabeu, però el 14 de setembre de 2015 va ser un dels dies més importants de la història de la ciència. Aquell dia, l'Observatori d'Ones Gravitacionals amb Interferòmetre Làser (LIGO) va fer la primera detecció d'ones gravitacionals, petites ondulacions en l'espai-temps que havien estat previstes per Albert Einstein en la seva teoria de la relativitat general el 1915. S’obria una nova finestra d’observació de l’Univers, que ja no depenia de rebre partícules o ones electromagnètiques, emeses per alguna font energètica sinó que observa directament les vibracions del teixit de la nostra realitat provocades per alguns dels esdeveniments còsmics més extrems i violents que fins ara només sospitaven en les teories.

El desenvolupament de LIGO per detectar ones gravitacionals no va ser gens senzill. Si bé, les ones gravitacionals apareixen naturalment dins del marc teòric de la relativitat general, com a pertorbacions de l’espai-temps provocades per l’acceleració de qualsevol massa, el mateix Einstein era molt escèptic amb relació a la seva realitat. A mitjans dels anys 30, va arribar a escriure un article en el qual les atribuïa senzillament a artefactes del marc matemàtic de la seva teoria. Encertadament, alguns dels seus col·laboradors li van fer veure que aquest no era el cas i Einstein no el va acabar de publicar mai. Durant 50 anys, la seva existència real va ser objecte de debat i ningú va gosar somiar en detectar-les. El físic d’origen alemany Rainer Weiss, recentment desaparegut, va ser el primer, a finals del 60 i principis del 70, en fer les primeres propostes realistes de dissenys de detectors d’ones gravitacionals basats en interferometria làser, aixecant aleshores força escepticisme.

Tot va canviar quan el 1974 es va confirmar la realitat de l’existència de les ones gravitacionals, gràcies a la descoberta del primer púlsar doble. La minva observada en el període orbital d’aquest púlsar només es pot explicar si part de la seva energia marxa sota la forma d’ones gravitacionals, i el valor d’aquest decreixement coincideix completament amb la previsió teòrica basada en la relativitat general d’Einstein. Aquesta descoberta, tot i que indirecta, va valer el Premi Nobel de Física 1993 a Russell Hulse i Joseph Hooton Taylor.

Certament, això va representar un punt d’inflexió per intentar detectar, aquest cop directament, les elusives ones. El 1994, Barry Barish de Caltech va ser nomenat director del què aleshores era només el projecte LIGO, basat en els conceptes de Rainer Weiss que havien estat ampliats pel seu bon amic i col·lega Kip Thorne. Després d’anys de derives tècniques, pressupostàries i administratives que havien portat el projecte a un punt mort, el 2002 va posar en funcionament els dos observatoris de LIGO situats a Hanford, Washington i Livingston, Louisiana, a 3.000 km l’un de l’altre. Per detectar pertorbacions de l’espai-temps que canvien la distància entre nosaltres i l’estel més proper situat a 4 anys-llum de distància del gruix d’un cabell humà, havien construït dos interferòmetres làser d’alta sensibilitat amb 2 braços ortogonals de 4 km de llargada, però amb una llargada efectiva de 1.120 km. El més complicat per això va ser d’isolar-los completament de qualsevol moviment o pertorbació que podria imitar l’efecte de les ones gravitacionals, com per exemple el tremolor del terra provocat per un camió circulant a menys de 10 km de distància. Tota una nova tecnologia va haver de ser inventada, però finalment, al cap de 20 anys de picar pedra, va donar els seus fruits.

Durant els darrers 10 anys, al LIGO s'hi han unit dos altres observatoris d'ones gravitacionals més petits. L’europeu Virgo, que va entrar en funcionament a Itàlia l'1 d'agost de 2017, i el Detector d'Ones Gravitacionals Kamioka (KAGRA), situat al Japó, que va començar la seva activitat a finals del 2019. Durant quatre períodes de funcionament, separats per aturades per permetre millores i actualitzacions, els instruments LIGO-Virgo-KAGRA s'han tornat tan sensibles que ara poden mesurar distorsions en l'espai-temps causades per ones gravitacionals que són d’1/10.000 de l'amplada d'un protó, o 700.000 milions de vegades més petites que el diàmetre d'un cabell humà. En aquests darrers 10 anys, la col·laboració LIGO-Virgo-KAGRA ha detectat ja més de 300 senyals d'ones gravitacionals, causats per col·lisions de forats negres, d’estels de neutrons amb forats negres o fusions d’estels de neutrons.A principis d’aquest any, concretament el 14 de gener va fer la detecció d'ona gravitacional més potent fins a la data, GW250114. Aquesta ha permès sotmetre les teories d'Einstein a algunes de les proves més rigoroses possibles, però també ha servit per validar una de les prediccions pioneres de Stephen Hawking sobre els forats negres. El 1974, Hawking, juntament amb el físic Jacob Bekenstein, va predir que quan els forats negres es fusionen, l'àrea total de l'horitzó d'esdeveniments, el límit del qual ni la llum es pot escapar, del forat negre fill resultant seria més gran que l'àrea dels horitzons d'esdeveniments dels forats negres progenitors combinats, ja que aquesta àrea és proporcional al seu nivell de desordre o entropia, i evidentment l’entropia augmenta quan es fusionen.

GW250114 ha revelat doncs que els forats negres progenitors, respectivament de 33,6 i 32,1 vegades la massa del sol, tenien una superfície total conjunta d'uns 240.000 quilòmetres quadrats, que és aproximadament la mida de tot el Regne Unit. El forat negre fill creat per la fusió, de 62,7 vegades la massa del sol, és a dir 3 masses solars menys que la suma dels progenitors, té, en canvi, una superfície de 400.000 quilòmetres quadrats, que és aproximadament la mida de Suècia, confirmant així la teoria de Hawking i Bekenstein.

Una altra predicció verificada per aquesta detecció prové del matemàtic neozelandès Roy Kerr, que va desenvolupar la geometria de Kerr a partir de la relativitat general, per descriure l'espai-temps buit al voltant d'un forat negre en rotació, o un forat negre de Kerr. Gràcies a això va predir que un forat negre, un dels objectes més complexos del nostre univers, es podria descriure només amb dos valors, la seva massa i el seu espín. Ara amb GW250114 s’ha pogut verificar que estava totalment en el cert.

Les millores previstes a LIGO i els altres observatoris, que entraran en funcionament en el futur com un quart detector situat a l’Índia, aportaran una sensibilitat encara més gran i ens permetran aprofundir en la física dels forats negres. El que fins ara era ciència-ficció, com en la pel·lícula Interstel·lar (de la qual Kip Thorne en va ser assessor), es començarà a fer realitat: les ones gravitacionals ens aporten informacions crucials sobre el que passa a l’interior d’un forat negre, i obrir el camí per a noves investigacions sobre la gravetat quàntica. A partir d’aquestes dades que s’obtindran en el futur, els físics esperen poder unir la relativitat general i la física quàntica en una teoria de gran unificació buscada des de fa més de 100 anys, per obrir una nova era de coneixement.