Saltar al contenido
ᐅ HielosMendez – Información digital que te dejara helado 🧊🥶

La ciencia de las ondas gravitacionales avanza para revolucionar la astronomía

Seamos honestos: si bien la prueba recientemente anunciada de la existencia de ondas gravitacionales fue sin duda un momento enorme y emocionante para la ciencia, en realidad no logró mucho por sí sola. Después de todo, si hubiera resultado que las ondas gravitacionales no existir, entonces habría bastantes carreras científicas invalidadas y décadas de investigación bien respaldada se verían desorganizadas. Es importante que los científicos hayan demostrado la existencia de ondas gravitacionales, pero no sorprende en lo más mínimo. Para que el estudio de estas efímeras ondas en el espacio-tiempo revolucione verdaderamente la ciencia, las lecturas que producen deberán ser aplicado de alguna manera novedosa, y esa búsqueda se ha acercado mucho más.

Los visionarios del programa LISA de la ESA han informado de resultados muy prometedores para su proyecto piloto, LISA Pathfinder, que es en sí mismo un megaproyecto enormemente impresionante. Sus lecturas no solo dirigen la ingeniería de los satélites LISA finales, sino que demuestran que incluso su lanzamiento vale la pena. Para demostrar que LISA es de hecho un detector de ondas gravitacionales viable basado en el espacio, el LISA Pathfinder tuvo que demostrar que la humanidad puede poner múltiples objetos en simultáneo, casi impecable caída libre alrededor del sol. Y eso es lo que la ESA ha hecho.

LISA Pathfinder

Una ilustración de la nave espacial LISA Pathfinder se separa de su módulo de propulsión.

Los dos pesos de prueba que produjeron este resultado Se ha descubierto que están virtualmente inmóviles entre sí, a pesar de que ambos flotan libremente dentro de su nave espacial, y que se precipitan alrededor del Sol a una velocidad increíble. Esto significa que ambos están en «caída libre» o afectados solo por los campos gravitacionales que los rodean. Dado que están tan cerca físicamente el uno del otro, esto también significa que están sujetos a la exactamente el mismo campos gravitacionales. Entonces, sus caminos nunca (o virtualmente nunca) se encuentran o divergen, y vuelan sin cesar alrededor del Sol sin la menor desviación en la distancia entre ellos.

¿Por qué importa esto? Porque si puede confiar en que dos objetos solo están siendo influenciados por la gravedad, y luego comienzan a actuar de manera diferente, entonces puede decir que cada uno se encuentra en una situación gravitacional diferente, lo que implica que una onda gravitacional acaba de pasar. LIGO, el instrumento que encontró ondas gravitacionales de agujeros negros, se extiende por América del Norte: unos pocos miles de kilómetros de distancia separan sus instrumentos de interferómetro láser y proporcionan las lecturas. Esto limita el tamaño físico de las olas que puede detectar, ya que una ola de más de unos pocos miles de kilómetros de “espesor” podría pasar por ambos detectores sin producir una lectura notablemente diferente entre ellos.

Pero pon los detectores millón kilómetros de distancia y de repente puedes ver tipos de ondas completamente nuevos, y el único lugar para encontrar un millón de kilómetros de espacio es … el espacio. Cada uno de los satélites de LISA funcionará como una de las instalaciones de LIGO, proporcionando lecturas que solo son realmente significativas en referencia entre sí.

Lisa camino 2Aquí es donde la ciencia de las ondas gravitacionales podría volverse loca. LIGO e instrumentos similares podrían (y lo harán) mirar profundamente en los corazones de los agujeros negros, una hazaña no pequeña o trivial de ninguna manera, pero el tamaño físico más grande de LISA debería permitirle observar la interacción de los llamados agujeros negros supermasivos en el centro de galaxias, lo que permite conocer el misterioso núcleo de la Vía Láctea y la colisión de colecciones de masa de mil millones de estrellas.

Por otro lado, los detectores de ondas gravitacionales basados ​​en el espacio también tienen el potencial de observar ondas gravitacionales «primordiales», aquellas que se originan en el propio Big Bang. ¿Podríamos haber estado buscando señales del nacimiento del universo con un sentido completamente equivocado, buscando luz con nuestros ojos cuando deberíamos haber estado escuchando la gravedad con nuestros oídos?

Los resultados de LISA Pathfinder han superado las expectativas al demostrar que la tecnología espacial moderna es capaz de abordar ese desafío. Los pesos en el experimento Pathfinder apenas se desviaron entre sí mientras volaban, mostrando un «aceleración relativa inferior a diez millonésimas de mil millonésimas de la gravedad de la Tierra «. Eso significa que está poniendo sus pesos de prueba en órbita tan estable que su desviación es un factor cinco más baja que la requerida por la misión de búsqueda de ondas gravitacionales LISA.

cabeza de ondas de gravedad

Lograron este sorprendente resultado a través de varios enfoques, pero el primero fue colocar Pathfinder en Lagrange Point # 1. Un punto de Lagrange es cualquier punto entre dos objetos masivos donde el tirón ejercido entre los dos es igual; cualquier objeto afectado solo por la gravedad en el punto de Lagrange orbitará con la misma distancia relativa a ambos objetos. Entonces, al colocar Pathfinder en el punto L1, podrían hacer que orbita alrededor del Sol mientras lo mantienen a una distancia uniforme de la Tierra.

ondas de gravedad 3

Visualización del equipo LIGO de ondas gravitacionales causadas por dos agujeros negros que orbitan rápidamente en un sistema binario.

El punto de Lagrange ofrece el entorno perfecto de baja turbulencia para un detector de ondas gravitacionales, por lo que este es el punto desde el que el equipo lanzó su experimento de caída libre. Los pequeños ajustes de trayectoria de los propulsores les permitieron proteger los pesos internos de las fuerzas exteriores, llevando los pesos a una perfecta alineación de caída libre entre sí y con las paredes de la nave. Si no pudieran hacer esto, entonces los detectores del experimento LISA no podrían producir resultados lo suficientemente confiables para una comparación útil.

Sin embargo, LISA Pathfinder está haciendo más en el punto L1 que solo monitorear qué tan bien podemos hacer que los cubos floten. También probó una forma de interferometría láser que usa una longitud de onda de luz que no se puede usar en la Tierra, y descubrió que producía niveles de ruido dos órdenes de magnitud más bajos que los requeridos para que LISA funcione.

LISA en sí todavía está bastante lejos: aún faltan 18 años para la fecha de lanzamiento. Pero con estas lecturas en la mano, los astrónomos de la ESA detrás de la misión pueden crear diseños mucho más confiables y específicos, y realmente comenzar a diseñar y construir el primer instrumento del mundo capaz de detectar las ondas de choque residuales de algunos de los eventos más violentos del universo.

Y, a medida que aprendamos más sobre los efectos gravitacionales de la materia oscura, podemos encontrar que se puede estudiar a través de las pequeñas desviaciones en la trayectoria de vuelo de dos objetos colocados a un millón de kilómetros de distancia. Este tipo de trabajo también plantea la pregunta: cuando la distancia física se convierta en la métrica de la sensibilidad de un instrumento, ¿qué tan grande y qué tan preciso podríamos llegar algún día?

Ahora lea: He aquí por qué todavía no tenemos computación basada en la luz