Recentment, l'Agència Espacial Europea (ESA) ha aprovat oficialment el primer projecte experimental per mesurar ones gravitatòries a l'espai. El projecte, anomenat Antena espacial interferomètrica làser (LISA), detectarà les ondulacions massives de l'espai-temps provocades per esdeveniments còsmics com la fusió de forats negres supermassius mitjançant l'anàlisi del moment precís de la propagació d'un raig làser en 2,5 milions de quilòmetres dins de el sistema solar.
L'Agència Espacial Europea va anunciar el 25 de gener que la construcció de la missió multimilionària d'euros començarà el 2025, amb un llançament previst per al 2035. "La missió és altament innovadora i obrirà una finestra a les fonts d'ones gravitacionals que només LISA pot detectar", va dir Valeriya Korol, astrofísica de l'Institut Max Planck d'Astrofísica de Garsing, Alemanya, que és membre de la col·laboració LISA. equip.
El que fa que LISA sigui únic en comparació amb els detectors terrestres és la seva capacitat per detectar ones gravitacionals a freqüències més baixes, el que significa que pot il·luminar fenòmens còsmics molt més grans i llunyans, com els forats negres que orbiten entre si, que tenen un abast molt més gran. i distància que les detectades per primera vegada per l'Observatori d'ones gravitacionals interferomètriques làser (LIGO) a terra el 2015.
El projecte LISA porta molt de temps en marxa, recorda Karsten Danzmann, director de l'Institut Max Planck de Física Gravitacional a Hannover, Alemanya, i cap del consorci LISA, que va escriure originalment la proposta per a LISA fa 31 anys. L'experiment té com a objectiu detectar ones gravitatòries mesurant la distància (a la billonèsima part més propera d'un metre) a la qual viatja un làser entre dos punts de massa a milions de quilòmetres de distància, amb tal precisió que pràcticament res més que l'espai-temps pot afectar el moviment de Karsten Danzmann confia que el projecte arribarà a bon port, afirmant que "Al principi la gent pensava que la idea era ridícula, però els vaig dir que tinguessin paciència".
Triangle d'or de la missió LISA:Detecció d'ones gravitatòries a l'espai
El programa LISA constarà de tres naus espacials uniformement configurades que orbitaran al voltant del Sol en formació de triangle equilàter (figura 1). Dins de cada nau espacial hi ha un cub flotant de 4,6 cm de llarg fet d'or i platí. Mitjançant l'ús de làsers per mesurar amb precisió les distàncies relatives entre aquests cubs, LISA és capaç de detectar subtils variacions espacials i temporals induïdes per les ones gravitacionals amb una precisió molt alta (de l'ordre dels picòmetres, o mil milions de mil·límetres). Aquests canvis es produeixen pel moviment accelerat d'objectes massius. Aquestes mesures fines permeten a LISA identificar la font de les ones gravitacionals, un dispositiu que Valeriya Korol descriu com "un instrument de la ciència ficció".
Figura 1 Diagrama conceptual de la nau espacial de la missió LISA. 3 satèl·lits formaran un triangle en òrbita al voltant del Sol.
Karsten Danzmann assenyala que, malgrat els reptes de fer mesures d'alta precisió a aquestes distàncies, l'entorn espacial és molt més propici per a aquests experiments que el sòl. L'absència de vibracions, pertorbacions atmosfèriques i altres oscil·lacions a l'espai proporciona un buit gairebé perfecte per als experiments. Tanmateix, la complexitat de la tecnologia requereix que l'equip sigui extremadament fiable, ja que no es pot reparar simplement in situ un cop posat en marxa.
El projecte LISA està dissenyat per detectar ones gravitacionals a longituds d'ona entre 300,000 quilòmetres i 3.000 milions de quilòmetres, un rang que omple el buit entre les capacitats de detecció de l'Observatori d'ones gravitacionals interferomètriques làser (LIGO) a terra i el Matriu de temporització de pulsar. Pot detectar ones gravitacionals a longituds d'ona més llargues en comparació amb LIGO i a longituds d'ona relativament més curtes en comparació amb el Pulsar Timing Array. Actualment, el Pulsar Timing Array està duent a terme investigacions per observar i estudiar les ones gravitatòries a tota la galàxia utilitzant algunes estrelles com a "fars", que emeten senyals periòdics que ajuden els científics a detectar longituds d'ona més llargues d'ones gravitatòries.
Perspectives per a LISA i la col·laboració global sobre detecció d'ones gravitacionals
Karsten Danzmann assenyala que diferents experiments observen els seus propis fenòmens únics i proporcionen dades complementàries, tal com fan els radiotelescopis i els dispositius de llum visible. Gràcies a la seva gran mida, LISA serà capaç de detectar ones gravitacionals de fusions de forats negres supermassius, així com senyals que es van emetre abans en la fase de col·lisió detectada per LIGO. També s'espera que LISA reveli esdeveniments còsmics mai vists. com ara col·lisions de nanes blanques més enllà de la mida dels forats negres i fusions de forats negres binaris de massa desigual.
Els astrònoms esperen que l'experiment detecti el soroll de fons d'ones gravitacionals generat a l'univers primerenc, que es preveu per la teoria, i potencialment capti els senyals emesos pels primers forats negres, va dir Valeriya Korol. S'espera que LISA ajudi els científics a entendre amb més precisió com la taxa de l'expansió de l'univers ha canviat mesurant les distàncies a les fonts de les ones gravitatòries que detecta.
La Xina també té previst llançar els seus propis detectors d'ones gravitacionals espacials a la dècada de 2030, que es coneixen com el "Programa Taiji" de detecció d'ones gravitacionals espacials i el "Programa Tianqin". El programa de detecció d'ones gravitacionals espacials de la Xina ha comptat amb l'ajuda del desenvolupament del projecte LISA, que millora la possibilitat de la seva implementació. El programa del "Programa Tianqin" es coneix com el programa xinès i, a diferència del programa europeu LISA, el seu objectiu és construir un observatori d'ones gravitacionals basat en l'espai al voltant del 2035 mitjançant el desplegament de tres satèl·lits totalment sincrònics en òrbites geocèntriques a una alçada de uns 100,000 quilòmetres, que constitueixen una constel·lació triangular equilàter amb una longitud lateral d'uns 170,000 quilòmetres "Tianqin", per dur a terme la detecció espacial d'ones gravitatòries. El "Pla Taiji" és bàsicament el mateix que el pla europeu LISA, a l'òrbita heliocèntrica a uns 50 milions de quilòmetres de distància de la Terra, llançant tres satèl·lits totalment similars, l'òrbita de formació de tres estrelles amb el sol com a centre, el disseny de la longitud del braç interferent, és a dir, l'espai entre satèl·lits de 3 milions de quilòmetres. Tianqin, LISA, Taiji tres plans, el primer és un programa d'òrbita geocèntrica, els dos últims són un programa d'òrbita heliocèntrica, necessiten la mateixa tecnologia bàsica, també tenen les seves pròpies dificultats tècniques diferents, però la detecció d'ones gravitacionals espacials és complementària. L'aprovació del programa LISA per part de l'ESA marca una fita important en la comunitat científica.
