Recientemente, la Agencia Espacial Europea (ESA) ha aprobado oficialmente el primer proyecto experimental para medir ondas gravitacionales en el espacio. El proyecto, denominado Antena Espacial Interferométrica Láser (LISA), detectará las ondas masivas en el espacio-tiempo provocadas por eventos cósmicos como la fusión de agujeros negros supermasivos analizando el momento preciso de la propagación de un rayo láser a lo largo de 2,5 millones de kilómetros en el interior. el sistema solar.
La Agencia Espacial Europea anunció el 25 de enero que la construcción de la misión multimillonaria comenzará en 2025, con un lanzamiento previsto para 2035. "La misión es muy innovadora y abrirá una ventana a las fuentes de ondas gravitacionales que sólo LISA puede detectar", dijo Valeriya Korol, astrofísica del Instituto Max Planck de Astrofísica en Garsing, Alemania, miembro de la colaboración LISA. equipo.
Lo que hace que LISA sea único en comparación con los detectores terrestres es su capacidad para detectar ondas gravitacionales a frecuencias más bajas, lo que significa que puede arrojar luz sobre fenómenos cósmicos mucho más grandes y distantes, como agujeros negros que orbitan entre sí, que tienen un alcance mucho mayor. y distancia que los detectados por primera vez por el Observatorio de Ondas Gravitacionales Interferométricas Láser (LIGO) con base terrestre en 2015.
El proyecto LISA lleva mucho tiempo preparándose, recuerda Karsten Danzmann, director del Instituto Max Planck de Física Gravitacional en Hannover, Alemania, y jefe del consorcio LISA, quien originalmente redactó la propuesta para LISA hace 31 años. El experimento tiene como objetivo detectar ondas gravitacionales midiendo la distancia (a la billonésima de metro más cercana) a la que un láser viaja entre dos puntos de masa a millones de kilómetros de distancia, con tal precisión que prácticamente nada más que el propio espacio-tiempo puede afectar el movimiento de los puntos de masa. Karsten Danzmann confía en que el proyecto se llevará a cabo y afirma: "Al principio la gente pensó que la idea era ridícula, pero les dije que tuvieran paciencia".
Misión LISA Triángulo Dorado:Detección de ondas gravitacionales en el espacio.
El programa LISA constará de tres naves espaciales configuradas uniformemente que orbitarán alrededor del Sol en una formación de triángulo equilátero (Figura 1). Dentro de cada nave espacial hay un cubo flotante de 4,6 cm de largo hecho de oro y platino. Al utilizar láseres para medir con precisión las distancias relativas entre estos cubos, LISA es capaz de detectar sutiles variaciones espaciales y temporales inducidas por ondas gravitacionales con una precisión muy alta (del orden de picómetros, o una milmillonésima de milímetro). Estos cambios se producen por el movimiento acelerado de objetos masivos. Estas finas mediciones permiten a LISA localizar la fuente de las ondas gravitacionales, un dispositivo que Valeriya Korol describe como "un instrumento de ciencia ficción".
Figura 1 Diagrama conceptual de la nave espacial de la misión LISA. 3 satélites formarán un triángulo en órbita alrededor del Sol.
Karsten Danzmann señala que a pesar de los desafíos que implica realizar mediciones de alta precisión a distancias tan grandes, el entorno espacial es mucho más propicio para tales experimentos que la Tierra. La ausencia de vibraciones, perturbaciones atmosféricas y otras oscilaciones en el espacio proporciona un vacío casi perfecto para los experimentos. Sin embargo, la complejidad de la tecnología requiere que el equipo sea extremadamente confiable, ya que no puede simplemente repararse en el sitio una vez lanzado.
El proyecto LISA está diseñado para detectar ondas gravitacionales en longitudes de onda de entre 300000 kilómetros y 3 mil millones de kilómetros, un rango que llena el vacío entre las capacidades de detección del Observatorio de Ondas Gravitacionales Interferométricas Láser (LIGO) con base en tierra y el Matriz de sincronización Pulsar. Puede detectar ondas gravitacionales en longitudes de onda más largas en comparación con LIGO y en longitudes de onda relativamente más cortas en comparación con Pulsar Timing Array. Actualmente, Pulsar Timing Array está llevando a cabo investigaciones para observar y estudiar ondas gravitacionales en toda la galaxia utilizando algunas estrellas como "balizas", que emiten señales periódicas que ayudan a los científicos a detectar longitudes de onda más largas de ondas gravitacionales.
Perspectivas de LISA y la colaboración global en la detección de ondas gravitacionales
Karsten Danzmann señala que los diferentes experimentos observan fenómenos únicos y proporcionan datos complementarios, al igual que los radiotelescopios y los dispositivos de luz visible. Gracias a su gran tamaño, LISA podrá detectar ondas gravitacionales de fusiones de agujeros negros supermasivos, así como señales emitidas anteriormente en la fase de colisión detectadas por LIGO. También se espera que LISA revele eventos cósmicos nunca antes vistos. como colisiones de enanas blancas más allá del tamaño de los agujeros negros y fusiones binarias de agujeros negros de masa desigual.
Los astrónomos esperan que el experimento detecte el ruido de fondo de las ondas gravitacionales generadas en el universo temprano, que es predicho por la teoría, y potencialmente capture señales emitidas por los primeros agujeros negros, dijo Valeriya Korol. Se espera que LISA ayude a los científicos a comprender con mayor precisión cómo funciona la tasa de La expansión del universo ha cambiado midiendo las distancias a las fuentes de las ondas gravitacionales que detecta.
China también planea lanzar sus propios detectores de ondas gravitacionales espaciales en la década de 2030, conocidos como "Programa Taiji" de detección de ondas gravitacionales espaciales y "Programa Tianqin". El programa de detección de ondas gravitacionales espaciales de China ha contado con la ayuda del desarrollo del proyecto LISA, que aumenta las posibilidades de su implementación. El programa del "Programa Tianqin" se conoce como el programa chino y, a diferencia del programa europeo LISA, su objetivo es construir un observatorio espacial de ondas gravitacionales alrededor de 2035 mediante el despliegue de tres satélites totalmente sincrónicos en órbitas geocéntricas a una altura de unos 100,000 kilómetros, constituyendo una constelación triangular equilátera con una longitud de lado de unos 170,000 kilómetros "Tianqin", para llevar a cabo la detección espacial de ondas gravitacionales. El "Plan Taiji" es básicamente el mismo que el plan europeo LISA, en la órbita heliocéntrica a unos 50 millones de kilómetros de la Tierra, lanzando tres satélites todos similares, la órbita de formación de tres estrellas con el sol como centro, el diseño de la longitud del brazo de interferencia, es decir, la separación entre satélites de 3 millones de kilómetros. Los tres planes de Tianqin, LISA y Taiji, el primero es un programa de órbita geocéntrica, los dos últimos son un programa de órbita heliocéntrica, necesitan la misma tecnología central y también tienen sus propias dificultades técnicas diferentes, pero la detección de ondas gravitacionales espaciales tiene complementos. La aprobación del programa LISA por parte de la ESA marca un hito importante en la comunidad científica.
