LISA Pathfinder probará la tecnología para captar las ondas gravitacionales

CSIC/DICYT Las ondas gravitacionales son la radiación más poderosa del Universo, nada puede detenerlas y forman el tejido mismo del espacio-tiempo. Los astrónomos tienen pruebas indirectas de su existencia, pero nunca han podido observarlas directamente. La alternativa es intentar detectarlas desde el espacio. La Agencia Espacial Europea planea lanzar un gigantesco observatorio espacial de ondas gravitacionales, el eLISA, en 2034, pero primero debe probarse que la tecnología funciona. Este es el objetivo de la misión LISA Pathfinder, que se pondrá en órbita el 2 de diciembre.

La misión LISA Pathfinder probará a pequeña escala el funcionamiento de la tecnología del futuro observatorio. Esta prueba no pretende captar las ondas gravitacionales, sino validar la tecnología necesaria para lograr detectarlas. El futuro gran medidor espacial será un gigantesco interferómetro, que básicamente es un dispositivo con haces láser. El eLISA tendrá tres satélites que fijarán sus haces láser formando un triángulo equilátero con un lado de un millón de kilómetros. El cambio en la trayectoria de estos láseres puede indicar el paso de las ondas gravitacionales.

Como esta tecnología no puede ser verificada en la Tierra, debido a la influencia de la gravedad terrestre, debe ponerse a prueba en el espacio. LISA Pathfinder se pondrá en órbita a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, en concreto en un punto Lagrange 1, donde un objeto pequeño, afectado sólo por la gravedad, puede mantenerse estacionario respecto a dos objetos más grandes. Allí se llevará a cabo la prueba crucial de la misión. El satélite llegará a su órbita a mediados de enero y efectuará las pruebas entre febrero y septiembre de 2016.

“Para detectar las ondas gravitacionales hay que medir la distancia entre dos cuerpos en caída libre con una precisión altísima, sin ninguna otra perturbación que altere sus posiciones”, explica Carlos F. Sopuerta, científico del CSIC e investigador principal del grupo de Astronomía Gravitacional-LISA del Instituto de Ciencias del Espacio. “De esta manera, si una onda gravitacional pasa entre ellos dos, afectará a su separación y se podrá detectar.”

Dos cubos de oro y platino flotando en el vacío

La prueba se efectuará con dos cubos de 46 milímetros de lado, formados por una aleación de oro y platino. Tras alcanzar la órbita, los cubos se liberarán para flotar en el vacío en un entorno controlado y separados por una distancia de 38 centímetros. Un interferómetro láser medirá la posición de los dos cuerpos. Los investigadores del Instituto de Ciencias del Espacio han tenido un papel fundamental en la misión: han desarrollado el ordenador de a bordo, los sistemas de diagnóstico de estabilidad y sensibilidad, y el software de control de ambos.

El éxito de LISA Pathfinder permitirá reproducir estas condiciones a una escala mucho mayor. Ese será el cometido del futuro observatorio eLISA, que medirá con alta precisión la distancia entre parejas de cuerpos, pero ahora estos cuerpos estarán en tres naves espaciales separadas por más de un millón de kilómetros. “Con estas distancias se podrán llegar a detectar las ondas gravitacionales provenientes de los fenómenos más interesantes del Universo”, concluye Sopuerta.

La importancia de las ondas gravitacionales

La existencia de las ondas gravitacionales la predijo Albert Einstein en la Teoría General de la Relatividad hoy hace 100 años. Las ondas gravitacionales son ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo producidas por los acontecimientos más violentos del Universo, como la fusión de agujeros negros o la explosión de supernovas. La teoría indica que las ondas gravitacionales han de ser abundantes en el Universo y que han de transportar información sobre los fenómenos que las originaron y sobre la naturaleza de la gravedad.

Encontrarlas permitirá escuchar las ondas producidas por los sistemas binarios de objetos compactos como los agujeros negros y las estrellas de neutrones, por explosiones de supernovas y, probablemente, por el propio Big Bang, que dio lugar al inicio del Universo. Es posible que incluso se pueda llegar a saber más de la energía oscura. Su hallazgo revolucionará muchas áreas de la astrofísica, la cosmología y la física fundamental y pondrá a prueba la Teoría de la Relatividad, según los investigadores.

“Hasta ahora sólo tenemos pruebas indirectas de las ondas gravitacionales”, señala el investigador Carlos F. Sopuerta. Desde la Tierra es imposible captar las ondas gravitacionales que emiten los agujeros negros supermasivos, sistemas binarios ultracompactos y otras fuentes que permitirían un programa científico sin precedentes. “Por tanto, hay que tratar de observarlas desde el espacio, para lo cual se requiere una tecnología de precisión extrema. Y eso es exactamente lo que hará LISA Pathfinder”, concluye Sopuerta.