La nau espacial LISA completa la prova d’observació d’ona gravitatòria innovadora

La missió LISA Pathfinder podria ajudar-nos a entendre millor els meteors, asteroides, satèl·lits i els altres projectils que espatllen l'espai a velocitats inimaginables, però té un objectiu principal: verificar el potencial d'observar i estudiar les ones gravitacionals que es mouen a través de l'espai. A més de 900.000 quilòmetres de distància de la Terra, la nau espacial prototip va apropar-se a aquest objectiu. En un article nou publicat a Lletres de revisió física, l’equip de LISA revela que les proves de caiguda lliure de LPF van ser un èxit innovador, superant les expectatives inicials i actuant amb una precisió que és més de cinc vegades millor del que es necessitava originalment.

Quan l'Agència Espacial Europea va llançar finalment la nau espacial d'última generada el passat mes de desembre, no sabíem res a sobre de les ones gravitacionals, a banda de tenir una molt bona impressió que aquestes ones de l'espai-temps primer hipotètiques realitzades per Albert Einstein almenys existissin.. Llavors, els científics en realitat trobat onades gravitacionals: utilitzant aquí un parell d’instruments ultra-sensibles a la superfície de la Terra per detectar les senyals d’ona gravitacional molt febles que havien estat produïdes per un parell de forats negres massius que xoquen entre si.

El descobriment de LIGO va ser un avantatge per al projecte LISA, ja que va establir que les ones gravitacionals eren realment observables. Per descomptat, el descobriment de LIGO va ser un "incident en el moment adequat". Per estudiar veritablement les ones gravitacionals i permetre'ns fer una ullada al que sembla l’univers més enllà de l’espectre electromagnètic, hem de ser capaços d’observar aquest tipus de senyals a baixes freqüències, potser fins a 0,1 Hz. Això vol dir que necessiteu un sistema que observi parpelleig en l'espai-temps a distàncies de fins a un milió de quilòmetres, sense interferències de l'activitat sísmica, tèrmica o terrestre. Això no passarà a la Terra.

Einstein va predir la presència d'ones gravitatòries quan va desenvolupar la seva teoria de la relativitat. "Un segle després, estem aquí preparant el camí per al primer observatori d'ones gravitatòries a gran escala a l'espai", va dir Fabio Favata, cap de l'oficina de coordinació de la direcció de ciències de l'ESA, en una conferència de premsa el dimarts. Com que les ones gravitacionals es mouen a través de l'univers sense obstacles, donen als científics una visió cosmològica del món transparent. Favata va comparar les ones gravitacionals amb els sons del bosc que donen pistes sobre allò que hi ha entre els matolls densos de plantes d'arbres, que no s’observen. Els instruments utilitzats per trobar ones gravitacionals són els micròfons que ens ajuden a escoltar-los.

Què poden fer que les ones gravitacionals ens ajuden a mostrar l’univers? Tot i que hi ha esperances que aquests senyals ens puguin ajudar a caracteritzar millor les poblacions estel·lars de les regions galàctiques, el principal avantatge seria ajudar a entendre millor els forats negres. Atrapant-ho tot al voltant, incloent forats negres lleugers, són un fenomen molt misteriós sobre el qual els astrofísics saben poc. Les ones gravitacionals podrien finalment proporcionar el tipus d’informació que necessitem per avaluar una visió més completa del que sembla un forat negre, com es comporta, com evoluciona, etc.

Per això, els resultats més recents de la missió LISA Pathfinder són tan importants. En un escenari ideal, els científics detectarien les ones gravitacionals a l’espai llançant dos o més objectes a l’espai i mantenint-los separats per centenars de milers o fins i tot milions de quilòmetres i disparant un làser entre aquells objectes capaços de recollir senyals molt febles. com les ones gravitacionals.

Un projecte com aquest requeriria una enorme quantitat de temps i recursos, de manera que necessiteu provar el concepte abans de poder iniciar l’experiment. Els científics de l'ESA van reduir aquest concepte bàsicament en una sola nau espacial: LISA Pathfinder. Dins de la nau espacial hi ha dues masses d'or i platí de dos quilograms que es van alliberar a la cambra de buit al febrer, amb el primer dia d’operació a partir de l’1 de març. Els objectes són massa propers a un altre per mesurar l’ona gravitacional, però l’entorn LISA Pathfinder permet als científics determinar si és possible que aquests objectes aconsegueixin una caiguda lliure perfecta en la qual el seu moviment només sigui controlat per la gravetat. Un observatori a gran escala necessitaria el mateix tipus de validació: les forces externes no exhibirien una influència gravitatòria indeguda sobre els objectes.

LISA Pathfinder va mesurar l’acceleració relativa entre els dos objectes utilitzant un interferòmetre làser que podia detectar canvis a l’escala inferior a deu milions d’una milionèsima part de l’acceleració gravitatòria de la Terra, que correspon al pes d’un virus a la Terra. Aquí hi ha el que és encara més bo: L’interferència del "soroll" mesurat per la nau espacial va ser 100 vegades menor que el que esperaven els científics de l’ESA. La capacitat de mesurar la caiguda lliure real és una fita clau per a l'estudi de les ones gravitatòries a gran escala a l'espai exterior, i ara posa el projecte LISA en un camí més curt cap a l'objectiu final de construir i llançar un observatori d'ones gravitatòries.

L’ESA ha presentat un any de llançament per al 2034 per a un observatori d’onades gravitatòries a gran escala. Els làsers mesurarien les fluctuacions dels objectes separats per milions de quilòmetres en tres naus allotjades de forma triangular.