Luz verde para detectar y estudiar ondas gravitacionales desde el espacio

Este importante paso, formalmente llamado "adopción", reconoce que el concepto y la tecnología de la misión están suficientemente avanzados y da luz verde para construir los instrumentos y la nave espacial. Estos trabajos comenzarán en enero de 2025 una vez que se haya elegido un contratista industrial europeo.

LISA no es sólo una nave espacial sino una constelación de tres. Seguirán a la Tierra en su órbita alrededor del Sol, formando un triángulo equilátero exquisitamente preciso en el espacio. Cada lado del triángulo tendrá 2,5 millones de kilómetros de largo (más de seis veces la distancia Tierra-Luna), y las naves espaciales intercambiarán rayos láser a lo largo de esta distancia. El lanzamiento de las tres naves espaciales está previsto para 2035, en un cohete Ariane 6 .

Liderada por la ESA, LISA es posible gracias a la colaboración entre la ESA, las agencias espaciales de sus Estados miembros, la NASA y un consorcio internacional de científicos ( el consorcio LISA ).

Llevando 'sonido' a la película cósmica

Hace poco más de un siglo, Einstein hizo la predicción revolucionaria de que cuando los objetos masivos se aceleran, sacuden el tejido del espacio-tiempo, produciendo ondas minúsculas conocidas como ondas gravitacionales. Gracias a los avances tecnológicos modernos, ahora podemos detectar estas señales más esquivas.

“LISA es un esfuerzo que nunca antes se había intentado. Utilizando rayos láser a distancias de varios kilómetros, la instrumentación terrestre puede detectar ondas gravitacionales provenientes de eventos que involucran objetos del tamaño de estrellas, como explosiones de supernovas o fusiones de estrellas hiperdensas y agujeros negros de masa estelar. Para ampliar las fronteras de los estudios gravitacionales debemos ir al espacio”, explica Nora Lützgendorf, científica líder del proyecto LISA.

“Gracias a la enorme distancia recorrida por las señales láser en LISA y a la magnífica estabilidad de su instrumentación, exploraremos ondas gravitacionales de frecuencias más bajas que las posibles en la Tierra, descubriendo eventos de diferente escala, desde el amanecer. de tiempo."

LISA detectará, en todo el Universo, las ondas en el espacio-tiempo provocadas cuando colisionan enormes agujeros negros en los centros de las galaxias. Esto permitirá a los científicos rastrear el origen de estos monstruosos objetos, trazar cómo crecen hasta alcanzar millones de veces más masa que el Sol y establecer el papel que desempeñan en la evolución de las galaxias.

La misión está preparada para capturar el "sonido" gravitacional previsto en los momentos iniciales de nuestro Universo y ofrecer una visión directa de los primeros segundos después del Big Bang. Además, debido a que las ondas gravitacionales transportan información sobre la distancia de los objetos que las emitieron, LISA ayudará a los investigadores a medir el cambio en la expansión del Universo con un tipo de criterio diferente a las técnicas utilizadas por Euclides y otras encuestas, validando sus resultados.

Más cerca de casa, en nuestra propia galaxia, LISA detectará muchos pares de objetos compactos fusionándose, como enanas blancas o estrellas de neutrones , y nos brindará una visión única de las etapas finales de la evolución de estos sistemas. Al señalar su posición y distancias, LISA mejorará nuestra comprensión de la estructura de la Vía Láctea, basándose en los hallazgos de la misión Gaia de la ESA .

“Durante siglos hemos estado estudiando nuestro cosmos mediante la captura de luz. Combinar esto con la detección de ondas gravitacionales aporta una dimensión totalmente nueva a nuestra percepción del Universo”, comenta Oliver Jennrich, científico del proyecto LISA.

"Si imaginamos que, hasta ahora, con nuestras misiones astrofísicas, hemos estado observando el cosmos como una película muda, capturar las ondas del espacio-tiempo con LISA será un verdadero cambio de juego, como cuando se agregó el sonido a las películas".

Cubos dorados y rayos láser.

Para detectar ondas gravitacionales, LISA utilizará pares de cubos macizos de oro y platino, las llamadas masas de prueba (un poco más pequeñas que los cubos de Rubik), que flotan libremente en una carcasa especial en el corazón de cada nave espacial. Las ondas gravitacionales provocarán pequeños cambios en las distancias entre las masas en las diferentes naves espaciales, y la misión rastreará estas variaciones mediante interferometría láser.

Esta técnica requiere disparar rayos láser de una nave espacial a otra y luego superponer su señal para determinar cambios en las distancias de las masas hasta unas pocas milmillonésimas de milímetro.

La nave espacial debe diseñarse de manera que nada, excepto la propia geometría del espacio-tiempo, afecte el movimiento de las masas en caída libre.

Herencia sólida y trabajo en equipo de futuro.

La nave espacial sigue los pasos de LISA Pathfinder , que demostró que es posible mantener las masas de prueba en caída libre con un nivel de precisión asombroso. El mismo sistema de propulsión de precisión que también se ha utilizado en las misiones Gaia y Euclid de la ESA garantizará que cada nave espacial mantenga la posición y orientación requeridas con la mayor precisión.

Seleccionada para ser la tercera gran misión de Cosmic Vision 2015-2025 de la ESA , LISA se unirá a la flota científica de observadores cósmicos de la ESA para abordar dos cuestiones esenciales en el corazón del programa: ¿Cuáles son las leyes físicas fundamentales del Universo? ¿Cómo se originó el Universo y de qué está hecho?

En esta búsqueda, LISA trabajará junto con la otra gran misión de la ESA actualmente en estudio: NewAthena . Con una fecha de lanzamiento prevista para 2037, NewAthena será el mayor observatorio de rayos X jamás construido

Fotografía de portada: ESA, CC BY-SA 3.0 IGO