La posibilidad de observar ondas gravitacionales ha abierto el camino a dos formas completamente nuevas de estudiar el universo: la astronomía gravitacional y la astronomía multimensajero. Esta última, en especial, es una nueva técnica de exploración del universo, que se basa en el estudio de un mismo fenómeno con distintos instrumentos que recogen datos de diferentes mensajeros cósmicos: ondas gravitacionales, radiaciones electromagnéticas, neutrinos. Su nacimiento se remonta a 2017, con la primera observación de una onda gravitacional generada por la fusión de dos estrellas de neutrones, para lo que fue determinante contar con una red global de detectores, con los interferómetros LIGO en Estados Unidos y Virgo en Italia, lo que permitió triangular y así localizar la fuente en el cielo con buena precisión. En cuanto se reveló la señal gravitacional, la red global de interferómetros emitió una alerta, dando indicaciones sobre la dirección de observación a los telescopios de radiación electromagnética de la Tierra y el espacio. Estos, en muy poco tiempo, se reorientaron hacia la zona del cielo de donde procedía la señal gravitacional, captando los fotones en las distintas bandas (desde las ondas de radio hasta los rayos gamma) producidos en la potente explosión provocada por la fusión de dos estrellas de neutrones, ocurrida a 130 millones de años luz de nosotros. De hecho, el proceso de fusión de las dos estrellas de neutrones ha producido lo que se conoce como «kilonova», un fenómeno durante el cual el material liberado en la colisión es lanzado violentamente lejos en el espacio, dando lugar a procesos de nucleosíntesis de elementos pesados, como el plomo y el oro, que se distribuyen así por todo el universo. Esta extraordinaria observación nos ha permitido comprender muchas cosas sobre la formación de los elementos: ahora podemos decir que nosotros también somos «polvo de estrellas». Gracias a este descubrimiento se abre la era de la astronomía multimensajero, y también un nuevo desafío en el estudio del universo para la comunidad científica mundial.

ET nos llevará al pasado de nuestro universo, a la era oscura que siguió al big bang, y hacia su futuro, ayudándonos a interpretar cuál podría ser su destino. Contribuirá a comprender de qué está hecho y cuáles son los mecanismos de los eventos astrofísicos más catastróficos de los que es escenario. En efecto, poco sabemos de nuestro universo; conocemos algo menos del 5% de él, la materia ordinaria de la que estamos hechos y todo lo que hoy podemos observar. Mientras que del resto, alrededor del 95%, no sabemos prácticamente nada. Sólo podemos decir, basándonos en observaciones astrofísicas, que el 25% está compuesto por una forma diferente de materia, llamada materia oscura, y el 70% por una misteriosa energía oscura. La naturaleza de ambas nos resulta desconocida, pero sabemos que tuvieron un papel decisivo en la formación del universo tal como es en la actualidad, y que tendrán un papel igualmente decisivo en la definición de su futuro. Quizás el universo se expanda a una velocidad cada vez mayor, condenándonos a la oscuridad y a la muerte térmica: la materia se descompondrá, e incluso los agujeros negros se evaporarán. O tal vez la aceleración será tan violenta que desgarrará el espacio-tiempo, destruyendo todas las estructuras del universo. Otra posibilidad es que el universo ralentice su expansión y luego se contraiga, volviendo al tamaño microscópico con el que comenzó. Y quizás el proceso podría repetirse en una serie infinita de ciclos. Hoy no podemos saberlo: nuestra ignorancia de lo que contiene el universo se refleja inevitablemente en nuestra incapacidad actual para predecir su destino. Pero ET puede ayudar a allanar el camino hacia la comprensión de la energía oscura y la naturaleza de la materia oscura mediante la investigación de los agujeros negros primordiales, las nubes de axiones y las acumulaciones de materia oscura alrededor de objetos compactos.

ET también sondeará la física cerca del horizonte de los eventos de los agujeros negros, poniendo a prueba la relatividad general en condiciones extremas y ensayando nuevas teorías como la gravedad cuántica, y podrá verificar posibles modificaciones de la relatividad general a escala cosmológica.

ET podrá entonces hacer astronomía gravitacional de precisión, y estudiar toda la población de agujeros negros de masa estelar y los de masa intermedia accesibles a lo largo de toda la historia del universo, lo que nos permitirá comprender su origen (estelar frente a primordial), evolución y demografía. ET observará la fase inspiral de las estrellas de neutrones y podrá proporcionar una visión sin precedentes de la estructura interna de estos cuerpos celestes, al tiempo que sondeará las propiedades fundamentales de la materia en un régimen completamente inexplorado, como la cromodinámica cuántica en condiciones de ultradensidad, y posibles estados exóticos de la materia. ET abrirá las puertas a un universo aún por descubrir.