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| La sonda Lisa pathfinder en el espacio (ESA–C.Carreau) |
Todo a punto para escudriñar la historia del universo
La misión LISA Pathfinder, de la ESA, demuestra que es posible construir un observatorio de ondas gravitacionales en el espacio
“Es un día muy especial en un proyecto que arrancó hace 12 años. Hemos demostrado que es posible construir un observatorio de ondas gravitacionales en el espacio con el que podremos obtener información sin precedentes sobre la historia del universo”, aseguraba a Big Vang Miquel Nofrarias, investigador del grupo de astronomía gravitacional LISA del Institut de Ciències de l’Espai (IEEC-CSIC), poco antes de que comenzara la rueda de prensa de presentación de los primeros resultados de la misión LISA Pathfinder , de la Agencia Espacial Europea (ESA).
La misión, pionera, arrancó en 2004 y tenía como objetivo probar la tecnología clave necesaria para poder montar un laboratorio en el espacio con el que registrar las ondas gravitatorias , las oscilaciones en el espacio-tiempo predichas por Albert Einstein hace 100 años. Estas ondas se mueven a la velocidad de la luz y están generadas por fenómenos astronómicos poderosos, como las explosiones de supernovas o la fusión de dos agujeros negros.
“Son un mensajero sin intermediarios. Nos permiten acceder a aquella información que nos llega de la gravedad, que rige en definitiva el universo a gran escala”, destacaba Nofraria.
LISA Pathfinder fue lanzada al espacio en diciembre de 2015, comenzaba los primeros experimentos científicos en marzo y tan solo dos meses después ha demostrado que puede ser una herramienta revolucionaria para comprender el universo, tal como recoge la revista Physical Review Letters, en la que se publican los primeros resultados.
Un aspecto crucial de la misión era la colocación de dos masas de prueba en caída libre, dos cubos de oro y de platino idénticos, de 2 kg de peso y 46 mm de alto separados por tan solo 38 cm. Y el seguimiento de sus posiciones relativas cuando se mueven debido al efecto único de la gravedad, lo que resulta sumamente complicado porque se ven sometidas a diversas fuerzas, como el viento solar y la presión de la luz del sol, que las afectan.
Los científicos al cargo de la misión han logrado demostrar que esas dos masas de prueba flotan libremente, sin ser perturbadas por ninguna fuerza externa y con una precisión cinco veces mayor que el requerimiento original de la misión.
“Hemos demostrado que tenemos la capacidad para llevar a cabo un programa científico totalmente revolucionario”, afirmaba exultante en una entrevista a Big Vang Carlos F Sopuerta, investigador principal del Grupo de Astronomía Gravitacional-LISA del IEEC-CSIC.
Representación artística del LISA Pathfinder en el espacio.
Representación artística del LISA Pathfinder en el espacio. (Esa/atg Medialab/handout)
Con participación del IEEC-CSIC
El Grupo de astronomía gravitacional-LISA del IEEC-CSIC ha desempeñado un papel clave en esta misión. Se ha encargado, por una parte, de diseñar los sistemas de datos, el ordenador a bordo de la nave (Unidad de gestión de datos, DMU) que controla los experimentos científicos, recibe los datos y envía instrucciones a otros instrumentos, entre otros.
También, y en colaboración con la Universitat Politècnica de Catalunya y el Institut de Física d’Altes Energies, han diseñado e implementado el sistema diagnóstico, compuesto por sensores de altísima precisión y estabilidad que permiten analizar el efecto del cambio de temperatura, de los campos magnéticos en las masas de prueba.
“Comenzamos a colaborar con la misión LISA, en representación española, en 2004. Además de los instrumentos que hemos diseñado, hemos programado también pequeñas perturbaciones, variaciones controladas del campo magnético para ver cómo las masas en caída libre reaccionaban y así entender mejor los procesos que pueden alterarlas”, indicaba Sopuerta.
Desde que comenzó la fase de puesta a punto de la nave, en enero de 2016, los investigadores del IEEC-CSIC han realizado un seguimiento a diario y en tiempo real de las pruebas y experimentos. “Era muy emocionante porque enviábamos una orden que le llegaba a la sonda en 5 segundos y recibíamos respuesta en 10 segundos”, recuerda Nofraria.
Con la precisión alcanzada por LISA Pathfinder, un observatorio espacial de ondas gravitatorias a gran escala sería capaz de detectar las oscilaciones causadas por las fusiones de agujeros negros supermasivos en galaxias de cualquier lugar del universo”, afirmaba en una nota de prensa de la ESA Karsten Danzmann, director del Instituto Max Planck de Física Gravitacional y coinvestigador principal del LISA Technology Package (LTP).
Ondas gravitatorias
Las ondas gravitatorias se detectaron por primera en septiembre de 2015 , mediante el detector terrestre LIGO. Entonces, se trató de una señal procedente de dos agujeros negros, cada uno con una masa aproximada de 30 veces la del Sol, girando en espiral uno hacia el otro, en los últimos 0.3 segundos antes de que se fusionaran para crear un agujero negro único más masivo.
Sin embargo, las ondas gravitatorias que se pueden registrar desde detectores como LIGO son limitadas. “La señal que detectó LIGO duraba aproximadamente 300 milisegundos. En cambio, la que pretendemos detectar con el observatorio en el espacio podría durar horas o meses”, explica Nofraria. La diferencia entre un experimento y otro es que el laboratorio espacial no se centrará en evento instantáneos, sino en procesos mucho más largos, en los que hay involucradas masas de mayor magnitud.
“En LIGO, los dos agujeros negros tenían una masa cada uno de 30 masas solares. Nosotros esperamos detectar objetos de millones de masas solares. No veremos dos agujeros negros colisionando sino galaxias enteras”, asegura Nofraria.
La diferencia entre LIGO y un instrumento como LISA Pathfinder es comparable a la que existe entre los telescopios ópticos, que permiten explorar la luz visible, la que vemos con nuestros ojos; y los de radio, que permiten detectar ondas electromagnéticas, que arrojan información sobre procesos de estrellas y galaxias que no proporcionan las mediciones ópticas.
Para Sopuerta, éste es, sin duda, un año muy especial para la física. Tanto LIGO como LISA se empezaron a gestar a nivel teórico a finales de los años 70, cuando se empezó a hablar de usar láser e interferometría para detectar estas ondas gravitatorias. En 1992 se empezó a construir LIGO y LISA, en el 2000. “Es fascinante que proyectos que han tardado décadas en implementarse hayan ido a coincidir en presentar resultados en un mismo año. Está claro que es el año de las ondas gravitatorias”, considera este astrofísico.
El siguiente paso será continuar realizando “experimentos más arriesgados y ambiciosos”, en palabras de Sopuerta. Y ya se ha empezado a plantear la misión L3 de la ESA, esto es la llamada tercera misión de clase grande (L3) del programa de visión cósmica de la ESA, que trabajará para desarrollar el diseño definitivo de la misión, que está prevista que se lance aproximadamente en 2030.
LA VANGUARDIA