LISA Spacecraft completa innovadora prueba de observación de ondas gravitacionales

La misión LISA Pathfinder podría ayudarnos a comprender mejor los meteoros, los asteroides, los satélites y los diversos proyectiles que se desplazan por el espacio a velocidades inimaginables, pero tiene un objetivo principal: verificar el potencial para observar y estudiar las ondas gravitacionales que se mueven a través del espacio. A más de 900,000 millas de distancia de la Tierra, la nave espacial prototipo dio un gran paso más cerca de esa meta. En un nuevo artículo publicado en Letras de revisión física, el equipo de LISA revela que las pruebas de caída libre de LPF fueron un éxito revolucionario, superaron las expectativas iniciales y actuaron con una precisión que es cinco veces mejor de lo que originalmente se exigía.

Cuando la Agencia Espacial Europea finalmente lanzó la nave espacial de última generación en diciembre pasado, no sabíamos nada sobre las ondas gravitacionales, aparte de tener una muy buena corazonada de que estas ondulaciones en el espacio-tiempo planteadas por primera vez por Albert Einstein, al menos existían.. Entonces los científicos en realidad encontró Ondas gravitacionales: el uso de un par de instrumentos ultra-sensibles aquí en la superficie de la Tierra para detectar las muy débiles señales de ondas gravitacionales que habían sido producidas por un par de agujeros negros masivos que chocaban entre sí.

El descubrimiento de LIGO fue una bendición para el proyecto LISA, ya que estableció que las ondas gravitacionales eran de hecho observables. Por supuesto, el descubrimiento de LIGO fue algo así como el tipo de incidente del "lugar correcto en el momento adecuado". Para estudiar verdaderamente las ondas gravitacionales y permitirnos vislumbrar cómo se ve el universo más allá del espectro electromagnético, necesitamos poder observar este tipo de señales a bajas frecuencias, tal vez tan bajas como 0,1 Hz. Eso significa que necesita un sistema que observe pequeños parpadeos en el espacio-tiempo en distancias tan grandes como un millón de millas, sin interferencia de actividad sísmica, térmica o terrestre. Eso no va a pasar en la Tierra.

Einstein predijo la presencia de ondas gravitacionales cuando desarrolló su teoría de la relatividad. "Un siglo después, estamos allanando el camino para el primer observatorio de ondas gravitacionales a gran escala en el espacio", dijo a periodistas Fabio Favata, jefe de la oficina de coordinación de la Dirección de Ciencia de la ESA, en una conferencia de prensa. Debido a que las ondas gravitacionales se mueven a través del universo sin impedimentos, les dan a los científicos una visión cosmológica del mundo que es transparente. Favata comparó las ondas gravitacionales con los sonidos del bosque que brindan pistas sobre lo que existe entre los densos matorrales de las plantas de los árboles, que se escuchan pero no se ven. Los instrumentos que se utilizan para encontrar ondas gravitacionales son los micrófonos que nos ayudan a escuchar esos sonidos.

¿Qué pueden ayudar exactamente las ondas gravitacionales a mostrarnos sobre el universo? Aunque hay esperanza de que esas señales puedan ayudarnos a caracterizar mejor las poblaciones estelares en las regiones galácticas, la mayor ventaja sería ayudar a comprender mejor los agujeros negros. Atrapar todo en su vecindad, incluyendo la luz, los agujeros negros son un fenómeno extremadamente misterioso que los astrofísicos saben poco. Las ondas gravitacionales podrían finalmente proporcionar el tipo de información que necesitamos para evaluar una visión más completa de cómo se ve un agujero negro, cómo se comporta, cómo evoluciona, etc.

Es por eso que los últimos resultados de la misión LISA Pathfinder son tan importantes. En un escenario ideal, los científicos detectarían ondas gravitacionales en el espacio lanzando dos o más objetos al espacio y manteniéndolos separados por cientos de miles o incluso millones de millas, y disparando un láser entre esos objetos que son capaces de detectar señales muy débiles Como las ondas gravitacionales.

Un proyecto como este requeriría una enorme cantidad de tiempo y recursos, por lo que debe probar el concepto antes de poder comenzar el experimento. Los científicos de la ESA básicamente redujeron ese concepto en una sola nave espacial: LISA Pathfinder. Dentro de la nave espacial se encuentran dos masas de oro-platino de dos kilogramos que se liberaron en una cámara de vacío en febrero, y el primer día de operación comenzó el 1 de marzo. Los objetos están demasiado cerca uno del otro para que se pueda medir una onda gravitacional, pero el entorno LISA Pathfinder permite a los científicos determinar si es posible que estos objetos logren una caída libre perfecta en la que su movimiento solo esté controlado por la gravedad. Un observatorio a gran escala necesitaría el mismo tipo de validación: las fuerzas externas no mostrarían una influencia gravitatoria indebida sobre los objetos.

LISA Pathfinder midió la aceleración relativa entre los dos objetos utilizando un interferómetro láser que podría detectar cambios en la escala inferior a diez millonésimas de una mil millonésima parte de la aceleración gravitacional de la Tierra, que corresponde al peso de un virus en la Tierra. Esto es lo que es aún más loco: el "ruido" de interferencia medido por la nave fue 100 veces más bajo de lo que esperaban los científicos de la ESA. La capacidad de medir la verdadera caída libre es un hito clave hacia el estudio de ondas gravitacionales a gran escala en el espacio exterior, y ahora coloca al proyecto LISA en un camino más corto hacia el objetivo final de construir y lanzar un observatorio de ondas gravitacionales.

La ESA ha presentado un año de lanzamiento 2034 para un observatorio de ondas gravitacionales a gran escala. Los láseres medirían las fluctuaciones en objetos separados por millones de millas en tres naves espaciales alojadas de manera triangular.