La paciencia de LISA



El lanzamiento de la misión LISA Pathfinder – el prototípo encargado de validar la tecnología de su “hermana mayor” LISA – desliza una vez más, tras el esfuerzo de la Agencia Europea del Espacio (ESA) de liderar la misión.

Para Stefano Vitale, físico de la Universidad de Trento (Italia) e investigador principal de la misión, la situación se está haciendo insoportable, según apunta en este artículo de la revista Nature. Casi todos los instrumentos (cuyo presupuesto total es de 300 millones de euros) previstos para el vehículo que originalmente iba a ser lanzado este año ya han sido entregados. Sin embargo, los retrasos apuntan ya al 2013 y, posiblemente, a más allá. “Estamos todos a la espera de un componente pequeño (pero crucial). Es desgarrador”, dice Vitale.

¿Qué es LISA?

La misión LISA es, a día de hoy, el proyecto más ambicioso que ESA y NASA han desarrollado nunca conjuntamente. Gracias a LISA, los expertos pretenden hallar la última pieza de un antiguo enigma de la física: la unificación de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Ellos aseguran que esto proporcionaría una visión inédita del Cosmos y que, al mismo tiempo, echaría los cimientos para una nueva disciplina científica: la cosmología gravitacional.

El reto principal de LISA es la detección de las ondas gravitatorias cuya existencia fue predicha en 1916 por la Teoría de la Relatividad General de Einstein y que, hasta la fecha, siguen todavía “invisibles” a los instrumentos a nuestra disposición. El hallazgo representaría la prueba irrefutable de una nueva forma de radiación producida por los grandes eventos catastróficos del Universo como el Big Bang, las colisiones entre galaxias o la danza final de dos agujeros negros en órbita binaria, ámbitos donde la producción de dichas ondas se pone claramente de manifiesto. Según Einstein demostró, el rápido movimiento de estos cuerpos celestes produce deformaciones en el tejido del espacio-tiempo, manifestándose en forma de ondas gravitatorias que, como las electromagnéticas, viajan a la velocidad de la luz.

A raíz de estas predicciones, en las últimas décadas se instalaron diferentes interferómetros (LIGO, Virgo, GEO600, etc.) y detectores acústicos (Auriga o Nautilius) de base terrestre que se dedican a la búsqueda de dichas emisiones, aunque sean difíciles de descubrir ya que la gravitación es naturalmente una interacción muy débil. Además, en la superficie terrestre, el ruido sísmico de fondo representa un problema crítico para estas instalaciones, pues limita los instrumentos a indagar a frecuencias de alrededor de 1 Hz a las cuales, se cree, sólo las fuentes menos intensas emiten ondas gravitatorias. Pese a que a fecha de hoy nunca se ha detectado el paso de ninguna de ellas, en las últimas décadas se han registrado casos de observación indirecta.

Un ejemplo es el descubimiento realizado por Joseph Taylor y Russell Hulse que en 1993 les valió el Nobel por sus estudios acerca de PSR 1913+16, un sistema binario formado por un púlsar y otra estrella de neutrones. La variación periódica observada en la tasa de pulsación del púlsar apuntaría a una precesión en la órbita del mismo de 4 grados por año, manifestación de la pérdida de energía por emisión de ondas gravitatorias.

Una gran antena de ondas gravitatorias

Casos como éste animaron a los científicos de todo el mundo, reunidos en una colaboración entre ESA y NASA, a plantearse una misión para desentrañar este misterio tan cautivador. LISA formará en el espacio un triángulo equilátero utilizando tres satélites, volando separadamente entre ellos y cada uno puesto a una distancia de 5 millones de kilómetros de los otros. Cada vehículo albergará dos masas de referencia idénticas en forma de cubo (lado de 4 cm), producto de una aleación de oro y platino; mantenidas a una distancia fija, éstas flotarán libremente en el vacío por efecto de campos electroestáticos controlados con altísima precisión.

Basándose en la interferometría láser, cada nave espacial actuará de reflector en un interferómetro, controlando el movimiento relativo de las otras dos, y medirá la distancia entre ellas con una precisión próxima a ¡cuarenta millonésimas de micra! Puesto que la distancia entre los vehículos será mantenida constante, al pasar una onda gravitatoria se producirá una distorsión del haz que, a su vez, hará registrar una variación en la distancia entre dos satélites: la prueba final del tránsito de una onda gravitatoria.

La hermana menor

Considerando el carácter casi de ciencia-ficción que presupone LISA y debido a que las técnicas empleadas serán experimentadas por primera vez en el espacio cósmico, ESA y NASA han decidido poner en órbita una misión precursora cuyo nombre significa literalmente “buscador de caminos para LISA” o, en su apelativo inglés, LISA Pathfinder.

El intento es precisamente poner a prueba la ciencia necesaria para el desarrollo de su “hermana mayor” LISA; aunque las dos misiones compartan el uso de tecnologías sofisticadas, para LISA Pathfinder se prevé poner a bordo de un solo satélite dos masas de referencia (idénticas a las de LISA) que puedan levitar en la ingravidez del espacio. Utilizando la metrología de precisión, una ciencia muy especializada capaz de seguir movimientos infintesimales de las masas, será posible controlar y medir su movimiento con una precisión sin precedentes. La total tecnología aplicada representa, por tanto, el estado del arte de la interferometría láser que sentará las bases no sólo para LISA, sino que también para cualquier otra misión pensada para verificar teorías de la Relatividad General en el entorno espacial.

Según lo planeado inicialmente, LISA Pathfinder debía ser arrojado al espacio a finales de 2009 pero un retraso tras otro hace que, a día de hoy, nadie se atreva a anunciar una fecha definitiva. La pieza que ha provocado la última demora es el mecanismo encargado de mantener las masas firmes de manera que puedan soportar una fuerza de 2.000 Newtons. Asimismo, las simulaciones evidenciaron que si dejadas flotar ellas adquieren una velocidad de más de 5 micras por segundo (18 milímetros por hora), por lo que el motor está siendo rediseñado desde cero. Por ende, LISA también sufrirá un nuevo aplazamiento ya que su lanzamiento inicial estaba previsto para 2018.

Los científicos de LISA Pathfinder, de todos modos, ven el acontecimiento con ánimo positivo, pues declararon que “lo importante es aprender de este retraso y evitar problemas similares con LISA”.

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