LISA Pathfinder abre el camino a la búsqueda de ondas gravitacionales

13 julio 2017

Hay otras maneras de explorar el Universo más allá de lo que pueden ver nuestros ojos, o lo que pueden detectar los observatorios que operan en el espacio. Los científicos saben que las ondas gravitacionales tienen la llave de algunos de los enigmas del Cosmos, pero hasta ahora, no han podido saltar del plano teórico al práctico.

Las ondas gravitacionales son una predicción de la teoría de la relatividad general de Einstein, creadas por objetos masivos al ser acelerados, oscilados o perturbados de manera violenta. Los científicos llevan décadas intentando demostrar su existencia más allá del campo teórico, y aunque ha habido avances en observatorios en tierra como LIGO, la única manera de detectarlas de verdad es en el espacio. 

Precisamente para esta tarea se concibió la misión LISA, para poder constatar que la misión podía llevarse a cabo, era necesario desarrollar una misión previa que lo demostrara, lo que dio lugar a LISA Pathfinder, un interferómetro que debía ser capaz de registrar las más mínimas perturbaciones en el tejido espacio temporal y cuyas operaciones acaban de finalizar. 

Ha resultado todo un éxito. “El objetivo de Pathfinder era que la gente no creía que pudiéramos construir LISA; la tarea era tan difícil, que debíamos construir primero esta pequeña prueba”, afirma Paul McNamara, científico de proyecto de LPF. Pathfinder no necesitaba ser tan sensible como LISA, pero su rendimiento deparó alguna que otra sorpresa, como reconoce McNamara: “la primera vez que lo encendimos para comprobar su funcionamiento, habíamos cumplido todos los requisitos. Y eso, para mí, fue impresionante”.

¿Qué ha conseguido LISA Pathfinder (LPF)?

LPF es una misión de demostración de tecnología y su objetivo era confirmar que la idea base de LISA (el uso de un interferómetro láser) podía llevarse a cabo. Damien Texier, jefe de operaciones de la misión, explica que “el principal objetivo de LPF era situar un cuerpo en caída libre de tal manera, que cualquier fuerza externa  se reduzca a niveles menores de los esperados por el paso de una onda gravitacional. El efecto de una onda gravitacional fuerte altera un metro de espacio  en unos 10-21 metros, y los satélites de LISA estarán separados por 109 metros, por lo que una distorsión de una onda gravitacional para LISA es del orden de 10-12, un picómetro”. 

Pero Pathfinder sólo debía demostrar que la tecnología necesaria para su detección era posible, así que se relajaron sus requerimientos en un factor de 10 en aceleración, y también se redujo su duración en comparación con la que tendrá LISA (seis meses de LPF por los cinco a diez años de la misión principal). Las expectativas de sus responsables no contaban con ir más allá de esos objetivos, pero se superaron con rapidez. “Unos cuantos elementos del sistema no podían ser probados en tierra antes del lanzamiento (la caída libre de las masas de prueba), así que nos sorprendimos cuando descubrimos, muy al principio de la misión, en febrero de 2016, que los requerimientos de LPF ya habían sido alcanzados, sin que tuviéramos que afinar el sistema”, explica Texier, que añade que “nos pasamos la misión nominal de seis meses y su extensión por ocho meses adicionales mejorando eso e intentando alcanzar los requerimientos de LISA, que también logramos cumplir”. 

Paul McNamara resume el rendimiento de Pathfinder en que “nos comparamos con lo que necesitamos para la misión principal, para LISA. Ahora estamos un factor o dos mejor en todos los aspectos y, en altas frecuencias, mejoramos en un factor de 30, más o menos. Toda la empresa se ha completado de manera brillante”.

 

El siguiente paso

LPF ha cumplido, por tanto, su objetivo principal, que era demostrar que LISA es tecnológicamente viable. Para Damien Texier es un gran avance haber probado que “uno, la sensibilidad necesaria para LISA puede lograrse con interferometría láser, y dos, en Europa tenemos la tecnología para construir el satélite, así que no tenemos por qué esperar. De hecho, la misión LISA ha sido seleccionada por la ESA en junio y, aunque el lanzamiento está previsto actualmente para 2034, es estupendo ver que se ha tomado esta decisión antes de lo anticipado”. 

LISA entra dentro de las misiones de clase L de la agencia, incluidas dentro del programa Cosmic Vision 2015-2025. Las otras dos seleccionadas para ese periodo son JUICE, que estudiará el sistema de Júpiter, y Athena, un telescopio de rayos X. La detección de ondas gravitacionales puede ser de los objetivos más complicados de las tres y además, en el aspecto científico, LISA Pathfinder no ha podido adelantar ningún resultado. 

“No había ciencia posible sobre las ondas gravitacionales con LPF porque la distancia entre las dos masas de prueba era demasiado pequeña, sólo 38 centímetros, y el efecto de las ondas gravitacionales tendría que ser mil millones de veces más grande”, señala Texier. Sin embargo, sí que se utilizó la misión para realizar un experimento sobre la medida de la constante gravitacional de Newton, la Gran G. Texier que se realizó al final de las operaciones científicas, “pero el procesado de los datos y su análisis llevará un tiempo, porque LPF estaba siendo operado en modo no estándar. Esta medida de la Gran G no mejorará la precisión de la constante gravitacional, pero es útil de todas maneras porque es un modo diferente de calcularla”. 

El éxito de LISA Pathfinder no sólo abre el camino para el desarrollo de LISA, sino que empieza a poner al alcance de los científicos, un lado del Universo que, hasta ahora, permanecía en el terreno de lo hipotético.

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