Un laboratorio espacial absolutamente estable
Tras una larga serie de ensayos, la misión LISA Pathfinder de la ESA ha comenzado su fase científica, poniendo a prueba las técnicas y los sistemas necesarios para estudiar las ondas gravitatorias desde el espacio.
Las ondas gravitatorias son fluctuaciones en el tejido espacio-temporal provocadas por catástrofes astronómicas como las explosiones de supernova o la fusión de dos agujeros negros. Su existencia fue predicha por Albert Einstein hace ya un siglo.
Hace poco, la primera detección de este tipo de ondas inauguró la era de la astronomía gravitatoria.
Un observatorio espacial capaz de percibir ondas gravitatorias con una longitud de onda mayor a la de las ya detectadas desde tierra sería una herramienta fundamental para explorar este nuevo campo de estudio, abriendo una nueva ventana a los fenómenos más poderosos del Universo.
La misión LISA Pathfinder ha sido diseñada para poner a prueba las tecnologías necesarias para detectar estas ondas desde el espacio.
En concreto, LISA Pathfinder tratará de mantener la ‘caída libre’ más perfecta que podamos imaginar, una condición indispensable para poder detectar el paso de una onda gravitatoria. Para ello, el satélite alberga en su interior dos cubos idénticos de una aleación de oro y platino, con una masa de 2 kg y 46 mm de lado. Durante la fase científica de la misión, se estudiará si estos cubos se mueven bajo el único efecto de la gravedad.
No es una tarea sencilla. Incluso en el vacío del espacio existen fuerzas capaces de perturbar el movimiento de los cubos, como la radiación y el viento procedentes del Sol. Para aislar a las dos masas de todas estas perturbaciones, LISA Pathfinder medirá su posición en todo momento y maniobrará a su alrededor con un sistema de micro-motores para mantenerse centrado sobre ellas.
“Mientras permanecen en caída libre, las dos masas están extremadamente quietas, ya que ninguna fuerza está perturbando su movimiento puramente gravitatorio – sólo las alteraría el paso de una onda gravitatoria”, explica Stefano Vitale de la Universidad de Trento y del INFN, Italia, Investigador Principal del Paquete Tecnológico LISA, el corazón de la misión.
No obstante, LISA Pathfinder no será capaz de detectar ondas gravitatorias. Durante esta misión de demostración tecnológica los dos cubos están separados una distancia de apenas 38 centímetros – demasiado poco para poder registrar ondulaciones en el tejido espacio-temporal.
El desplazamiento provocado por el paso de una onda gravitatoria es tan pequeño que las masas de pruebas tendrían que estar separadas una distancia de cerca de un millón de kilómetros, y el observatorio tendría que ser capaz de medir oscilaciones de aproximadamente una milmillonésima de milímetro.
“La precisión necesaria para observar ondas gravitatorias desde el espacio es tan extrema que se requiere un conocimiento sin precedentes de todas las fuerzas físicas que actúan sobre las masas de pruebas”, explica Paul McNamara, científico del proyecto para la ESA.
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Tras haber liberado los dos cubos de sus anclajes, y comprobar que se encuentran en la caída libre más perfecta jamás lograda, los científicos pasarán los próximos seis meses realizando experimentos, ‘perturbando’ las masas para medir su nivel de estabilidad.
Para alterar el movimiento puramente gravitatorio de los cubos, se aplicarán distintos tipos de fuerzas y se analizarán sus efectos. Uno de los experimentos consistirá en aumentar la temperatura en el interior de las carcasas de los cubos, agitando las pocas moléculas de gas que quedan en ese vacío.
También se aplicarán fuerzas eléctricas y magnéticas cada vez más intensas para determinar el umbral necesario para apartar a los cubos de una caída libre perfecta.
“Nuestro objetivo no sólo es reducir el impacto de las fuerzas que ya sabemos que perturban a las masas, sino también aprender más sobre el resto de efectos que quedan enmascarados por el ruido”, aclara Karsten Danzmann, Director del Instituto Max Planck de Física Gravitacional y del Instituto de Física Gravitatoria de la Universidad de Hanover, Alemania, e Investigador Principal Adjunto del Paquete Tecnológico LISA.
La misión científica de LISA Pathfinder comenzó oficialmente el 1 de marzo. Ayer se celebró una revisión de la fase de puesta en servicio, tras la que la misión fue transferida oficialmente de los equipos de la ESA y de la industria que la construyeron a los científicos que llevarán a cabo experimentos en este singular laboratorio gravitatorio.
Esta fase de operaciones durará seis meses, divididos entre 90 días para el Paquete Tecnológico de LISA (LTP) y 90 días para el Sistema de Reducción de Perturbaciones (RDS), un experimento adicional que emplea dos conjuntos de motores proporcionados por el laboratorio JPL de la NASA.
“Estamos deseando poner a prueba este sistema de propulsión, y de ver si es capaz de mantener a las dos masas en unas condiciones extremadamente estables”, comenta Charles Dunn, tecnólogo del proyecto DRS para el JPL.
Los resultados de los experimentos llevados a cabo gracias a LISA Pathfinder prepararán el camino para la futura misión L3 del programa Cosmic Vision de la ESA, que tiene como objetivo desarrollar un gran observatorio espacial para estudiar el Universo gravitatorio.
“La misión está funcionando extremadamente bien, y cada medida nos prepara un poco más para poder construir el primer observatorio espacial de ondas gravitatorias”, concluye Oliver Jennrich, científico adjunto de la misión LISA Pathfinder y científico del estudio L3 para la ESA.
Las observaciones desde el espacio ampliarán la ventana recién abierta hacia el Universo gravitatorio, permitiéndonos estudiar las fluctuaciones generadas por los agujeros negros supermasivos, con una masa millones o miles de millones de veces superior a la de nuestro Sol, que se encuentran en el centro de la mayoría de las grandes galaxias. Cuando dos galaxias chocan y se fusionan, los monstruos cósmicos que se ocultan en su interior también colisionan, liberando ondas gravitatorias.
Estos datos aportarán pistas únicas sobre la acumulación de estructuras en el Universo, especialmente en los albores de su historia, cuando las primeras estrellas y galaxias estaban tomando forma.
Nota a los editores
Más información sobre LISA Pathfinder
Para más información:
Markus Bauer
ESA Science Communication Officer
Tel: +31 71 565 6799
Mob: +31 61 594 3 954
Email: markus.bauer@esa.int
Paul McNamara
LISA Pathfinder Project Scientist
Scientific Support Office
Directorate of Science
European Space Agency
Tel: +31 71 565 8239
Email: paul.mcnamara@esa.int
Stefano Vitale
LISA Technology Package Principal Investigator
University of Trento and INFN, Italy
Tel: +39 046 128 1568
Email: stefano.vitale@unitn.it
Karsten Danzmann
LISA Technology Package Co-Principal Investigator
Max Planck Institute for Gravitational Physics
and Institute for Gravitational Physics of Leibniz Universität Hannover
Germany
Tel: +49-511-762 2356
Email: karsten.danzmann@aei.mpg.de
Oliver Jennrich
LISA Pathfinder Deputy Mission Scientist and L3 mission Study Scientist
Scientific Support Office
Directorate of Science
European Space Agency
Tel: +31 71 565 6074
Email: oliver.jennrich@esa.int
Elizabeth Landau
DRS Media Relations Specialist
NASA's Jet Propulsion Laboratory
Pasadena, CA, USA
Tel: +1-818-354-6425
Email: Elizabeth.Landau@jpl.nasa.gov
