LISA Pathfinder abre o caminho para a busca de ondas gravitacionais

As ondas gravitacionais são uma previsão da teoria da relatividade geral de Einstein, criadas por objetos maciços quando acelerados, oscilados ou perturbados violentamente. Os cientistas passaram décadas a tentar provar a sua existência para além do campo teórico e, embora tenha havido avanços nos observatórios terrestres, como o LIGO, a única maneira de detetá-las realmente é no espaço.

A missão LISA foi concebida precisamente para esta tarefa. Para poder constatar que a missão poderia ser realizada, era necessário desenvolver uma missão prévia que o demostrasse, dando lugar ao LISA Pathfinder, um interferómetro capaz de registar o mais pequeno distúrbio no tecido do espaço-tempo e cujas operações acabaram de concluir.

Provou ser um sucesso. “O objetivo do Pathfinder era prová-lo às pessoas que não acreditavam que pudéssemos construir LISA; a tarefa era tão difícil que tivemos de construir este pequeno teste em primeiro lugar”, disse Paul McNamara, cientista do projeto LPF. O Pathfinder não precisava ser tão sensível quanto LISA, mas o seu desempenho revelou algumas surpresas, como McNamara admite: “a primeira vez que o ligámos para verificar o seu funcionamento, já tinha cumprido todos os requisitos. E isso, para mim, foi incrível.”

O que conseguiu o LISA Pathfinder (LPF)?

O LPF é uma missão de demonstração de tecnologia e o seu objetivo era confirmar que a ideia-base do LISA (usando um interferómetro laser) poderia ser levada a cabo. Damien Texier, chefe de operações da missão, explica que “o principal objetivo do LPF era colocar um corpo em queda livre, de tal forma que, qualquer força externa se reduzisse a níveis mais baixos do que os esperados pela passagem de uma onda gravitacional. O efeito de uma forte onda gravitacional altera um metro de espaço em cerca de 10^-21 metros, e satélites de LISA estão separados por 1⁹ metros, de modo que uma distorção de uma onda gravitacional para LISA é da ordem de 10^-12, um picómetro.”

Mas Pathfinder só teria de provar que a tecnologia necessária para a deteção era possível, de modo que os seus requisitos foram distendidos por um fator de 10 em aceleração, e também se reduziu a sua duração em comparação com a que terá LISA (seis meses de LPF para cinco a dez anos da missão principal). As expectativas dos seus responsáveis não contavam ir além desses objetivos, mas foram superadas rapidamente. “Alguns elementos do sistema não poderiam ser testados no terreno antes do lançamento (a queda livre das massas-teste), por isso ficámos surpresos quando descobrimos, logo no início da missão, em fevereiro de 2016, que os requisitos do LPF já tinham sido alcançados, sem que tivéssemos de ajustar o sistema”, explica Texier, que acrescenta “passámos a missão nominal de seis meses e a sua extensão por oito meses adicionais, melhorando-a e tentando satisfazer as exigências do LISA, o que também conseguimos cumprir.”

Paul McNamara resume o desempenho do Pathfinder no qual “nos comparamos com o que precisamos para a missão principal para LISA. Agora estamos melhor, por um fator de dois, em todos os aspetos e, em altas frequências, melhorámos por um fator de 30, mais ou menos. Toda a tarefa se concluiu de forma brilhante.”

O passo seguinte

O LPF cumpriu, portanto, o seu objetivo principal, que era mostrar que LISA é tecnologicamente viável. Para Damien Texier é um grande feito terem provado que “primeiro, a sensibilidade necessária para LISA pode alcançar-se com interferometria laser; e segundo, na Europa temos a tecnologia para construir o satélite, por isso não temos pelo que esperar. Na verdade, a missão LISA foi selecionada pela ESA em junho e, embora o lançamento esteja atualmente previsto para 2034, é ótimo ver que se tomou esta decisão mais cedo do que o previsto.”

LISA pertencente às missões de classe L da agência, incluídas dentro do programa Visão Cósmica 2015-2025. As outras duas selecionadas para esse período são JUICE, que iá estudar o sistema de Júpiter, e Athena, um telescópio de raios-X. A deteção de ondas gravitacionais pode ser um dos objetivos mais complicados das três e, além disso, na parte científica, o LISA Pathfinder não foi capaz de avançar nenhum resultado.

“Não havia ciência possível sobre as ondas gravitacionais com o LPF, porque a distância entre as duas massas-teste era muito pequena, apenas 38 centímetros, e o efeito das ondas gravitacionais teria de ser mil milhões de vezes maior”, disse Texier. No entanto, a própria missão foi utilizada para realizar uma experiência sobre a medição da constante gravitacional de Newton, a Grande G, realizada no final das operações científicas, “mas o processamento e análise dos dados vai levar algum tempo, porque o LPF estava a ser operado no modo padrão. Esta medição da Grande G não vai melhorar a precisão da constante gravitacional, mas é útil de qualquer maneira porque é um método diferente de calculá-la.”

O sucesso da missão LISA Pathfinder não só abre o caminho para o desenvolvimento de LISA, mas começa a tornar disponível para os cientistas, um lado do universo que, até agora, permaneceu no reino do hipotético.