Lisa es el primer esfuerzo científico para estudiar ondas gravitacionales desde el espacio. Detectará, en todo el universo, las olas en el espacio-tiempo causado por la colisión de enormes agujeros negros en los centros de las galaxias. Es un compromiso de alto vuelo con la Agencia Espacial Europea (ESA).
Para comprender la revolución de las ondas gravitacionales y el desafío científico que Lisa supone, debe volver a su descubrimiento.
De nuevo, Einstein fue el comienzo
A principios del siglo pasado, Albert Einstein cambió radicalmente el concepto de gravedad que Newton pensó del siglo XVIII. En lugar de ser una fuerza de distancia entre cuerpos con masa, la gravedad se convierte en la manifestación de la curvatura del espacio y el tiempo producido por la presencia de masa y energía. Esto nos proporciona una explicación diferente del movimiento de los planetas alrededor del sol.
De hecho, nuestra estrella, el objeto más masivo con la diferencia del sistema solar, produce una deformación del espacio alrededor del suyo que afecta el movimiento de los planetas.
Al igual que en la física newtoniana, los objetos físicos describen trayectorias de un esfuerzo mínimo (acción mínima), en general la relatividad sigue los caminos más cortos entre dos puntos de geometría del espacio-tiempo. En el caso del sol, la consecuencia es que los planetas siguen las órbitas elípticas que Johannes Kepler ya ha predicho a principios del siglo XVII.
La relatividad general de Einstein previene la acción de distancia newtoniana. Además, incorpora la gravedad dentro de la física relativista que propuso. Lo mismo que sirvió para hacer las leyes del electromagnetismo y las leyes del movimiento en armonía.
El electromagnetismo y la relatividad general son teorías relativistas que comparten la misma estructura de espacio-tiempo. Una consecuencia inevitable es la existencia de ondas gravitacionales, de la misma manera que existen ondas electromagnéticas (luz).
El matemático y físico francés Henri Poincaré ya se dedujo incluso antes de que Einstein formulara su teoría. Incluso predijo que viajan a la velocidad de la luz, como más tarde demostró la relatividad general.
Así fueron detectados
En 1916, Einstein vio que su teoría predice la existencia de ondas gravitacionales y estudió sus propiedades. Sin embargo, no se detectaron directamente hasta casi un siglo después, en 2015, y supusieron el Premio Nobel de Física 2017.
El principal obstáculo para registrarlos es el efecto extremadamente débil de la gravedad en la materia. Esto realiza cambios en la geometría del espacio-tiempo que producen las ondas gravitacionales, que se traducen en cambios en la distancia entre los objetos de masa, son pequeñas. Se necesitaba una tecnología para el límite de lo que es posible actualmente, y un cataclismo cósmico, de modo que el Observatorio Americano LIGO los detectó por primera vez.
La primera detección fue producida por un sistema binario de agujeros negros (cada uno tenía alrededor de treinta masas solares) cuya órbita se redujo, debido a la emisión de ondas gravitacionales, hasta que chocaron. Desde entonces, LIGO y otros detectores de tierras (Virgo en Italia y Kagra en Japón) han registrado otras 90 detecciones, y se esperan muchas más en breve.
El rápido crecimiento de la astronomía con ondas gravitacionales ha producido una revolución cuyo impacto en la astrofísica justa acaba de comenzar. Lo siguiente es ir más allá del alcance y la precisión de los detectores de ondas gravitacionales terrestres como LIGO y Virgo.
-Agujeros negros masivos
Uno de los grandes objetivos científicos es observar agujeros negros supermasivos con ondas gravitacionales. Estos tienen un origen cosmológico y pueden ser la clave para responder algunas preguntas: ¿Se formaron estructuras como galaxias en el universo? ¿Nos dicen los agujeros negros como nos dicen la relatividad general? ¿Es la misma teoría de la relación general correcta en presencia de campos gravitacionales? …
Por qué un observatorio de onda gravitacional en el espacio
Los agujeros supermasivos binarios sistemas binarios emiten ondas gravitacionales de baja frecuencia. Pero resulta que el campo gravitacional terrestre presenta fluctuaciones en estas frecuencias que hacen imposible la detección. Por lo tanto, necesitamos un observatorio de onda gravitacional en el espacio. En este sentido, la Agencia Espacial Europea (ESA), con la participación de la NASA, seleccionó en 2017 la misión suave (antena espacial de la interferometría láser, para su acrónimo en inglés).
Lisa consistirá en una constelación triangular de tres naves espaciales, separada por 2.5 millones de km, que seguirá la tierra, a una distancia de aproximadamente 50 millones de km, en su órbita alrededor del sol. Los barcos de la constelación suave contienen masas en caída libre cuya distancia relativa entre los barcos será monitoreado por vigas de luz láser. Finalmente, las medidas interferométricas con estos láseres nos permitirán predecir el paso de las ondas gravitacionales.
El camino a Lisa ha sido largo y ha sido décadas de desarrollos tecnológicos y científicos. Esto incluye una misión precursora, Lisa Pathfinder (ESA), que en 2016-17 demostró el principio fundamental de la medida de Lisa.
Importante participación en español en Lisa
El Instituto de Ciencias del Espacio (ICE) del CSIC, en el marco del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), ha jugado un papel muy importante en Lisa Pathfinder, liderando los datos y el subsistema de diagnóstico. También lo jugará en Lisa, para el cual se proporcionará el subsistema de diagnóstico científico, uno de los cuatro grandes subsistemas de misión. Se creará un centro de datos de la misión, desde donde se contribuirá el desarrollo de los algoritmos de detección de señal de onda gravitacional.
Lisa se encuentra actualmente en la fase de implementación después de que su diseño fue adoptado por la ESA a principios de 2024.
Se necesitarán aproximadamente diez años de desarrollos tecnológicos para lanzar LISA para 2035. De esta manera, el primer observatorio espacial de las ondas gravitacionales estará en órbita.
Hasta el horizonte de los agujeros negros
Lisa nos proporcionará la visión más cercana jamás obtenida del universo primitivo, accediendo a procesos físicos de altas energías, de la misma magnitud de las energías involucradas en aceleradores de partículas como el CERN. También nos permitirá explorar la estructura de los horizontes de los agujeros negros.
Del mismo modo, podemos verificar en qué medida la relatividad general es válida en campos gravitacionales extremos, no explorados hasta ahora, incluida la posibilidad de observar fenómenos cuánticos gravitacionales.
El potencial de Lisa para descubrimientos revolucionarios es enorme, gracias en parte que una ventana se abrirá al universo inexplorado hasta ahora. Mantente atento.
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