A un millón de millas de la Tierra, un satélite de la Agencia Espacial Europea que transportaba dos cubos flotantes de aleación de oro y platino mostró que es posible medir el movimiento en la escala de un núcleo atómico, lo que podría revelar la naturaleza de algunos de los objetos más masivos del universo. .
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Llamada LISA Pathfinder, la nave espacial es el banco de pruebas para la Antena Espacial de Interferómetro Láser Evolucionado (eLISA). Los resultados aparecieron hoy en un artículo en Physical Review Letters .
La misión eLISA consistirá en tres naves espaciales que orbitan alrededor del sol. Una de las naves espaciales disparará un láser hacia los otros dos, describiendo una forma de L a 621, 000 millas de lado. Los láseres medirán la distancia entre las masas de prueba transportadas por las sondas a unas pocas billonésimas de metro, más pequeñas que los átomos. La medición precisa permitirá a los científicos observar ondas gravitacionales, disturbios que estiran el espacio en sí, que son una consecuencia de la teoría general de la relatividad de Einstein. Esa onda que pasa cambiará la longitud de un lado de la L con respecto al otro, y permitirá a los científicos ver la curvatura real del espacio.
"Digamos si tuviste una misa en Nueva York y una en Torino [Italia]", le dice a Smithsonian.com Stefano Vitale, profesor de física en la Universidad de Trento en Italia y el investigador principal de LISA Pathfinder. "Ambos están acelerando hacia el centro de la tierra. Cuando pasa una onda gravitacional, comienzan a caer en direcciones ligeramente diferentes".
Pero rastrear movimientos tan pequeños es difícil, dijo Fabio Favata, jefe de la oficina de coordinación de la Dirección de Ciencia de la ESA en una conferencia de prensa anunciando los resultados. Es por eso que se lanzó LISA Pathfinder. "Decidimos que deberíamos aprender a caminar antes de poder correr", dijo. "Esto es análogo al proyecto Gemini para Apollo ... No solo hemos aprendido a caminar sino a correr bastante bien".
Dentro del LISA Pathfinder, dos cubos de 1.9 kilogramos de una aleación de oro y platino flotan exactamente a 14.8 pulgadas de distancia. Un rayo láser se refleja en cada cubo, y los láseres superpuestos miden su movimiento uno con respecto al otro.
"Tomamos los millones de kilómetros de LISA y lo redujimos a una sola nave espacial", dijo Paul McNamara, científico del proyecto de la ESA para LISA Pathfinder. LISA Pathfinder es demasiado pequeño para medir ondas gravitacionales, pero demostró que los instrumentos podían medir movimientos muy pequeños y que es posible construir un entorno sin perturbaciones del entorno exterior.
El Pathfinder de LISA mostró que podía captar movimiento en la escala del femómetro: una millonésima parte de la billonésima parte de un metro. Eso fue mucho mejor de lo que esperaban, dijo Martin Hewitson, científico senior de LISA Pathfinder. "Queríamos ver movimientos de escala de picómetro", dijo. Un picómetro es 1, 000 veces más grande que un femómetro. "Es más de 100 veces mejor que [las observaciones] en el terreno".
Las ondas gravitacionales se han detectado antes. Los científicos que trabajan en el Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO) anunciaron en febrero que los habían encontrado. Las olas probablemente se formaron por la colisión de dos agujeros negros.
Pero LIGO está en la Tierra, lo que significa que no puede ver los tipos de ondas gravitacionales que podrían producir otros fenómenos. Los terremotos en el otro lado del planeta, los camiones que pasan e incluso la expansión térmica del equipo pueden ahogar las señales que LIGO busca. Otro factor es el tamaño. Cualquier detector terrestre solo puede ser tan grande; LIGO, que también describe una forma de L, mide 2.5 millas de lado y hace rebotar el láser de un lado a otro entre los espejos para obtener una longitud efectiva de 695 millas. Eso es lo suficientemente grande como para ver eficientemente ondas gravitacionales con frecuencias medidas de aproximadamente 100 Hz a 1, 000 Hz, dijo Shane Larson, profesor asociado de investigación en la Universidad Northwestern y uno de los científicos que trabajaron en LIGO. (Cuando el equipo de LIGO anunció su descubrimiento, la frecuencia más baja "escuchada" fue de aproximadamente 35 Hz). Eso se traduce en longitudes de onda de aproximadamente 300, 000 a 8, 5 millones de metros. (Las ondas gravitacionales se mueven a la velocidad de la luz). Eso significa que, además de colisionar los agujeros negros, LIGO puede escuchar las estrellas de neutrones a medida que giran o como pares de ellas en espiral entre sí.
Sin embargo, eLISA podrá ver ondas gravitacionales que tardan muchos segundos en pasar, aproximadamente 0, 0001 a 1 Hz, lo que se traduce en ondas gravitacionales de hasta 3 mil millones de kilómetros.
Larson dijo que el rango de frecuencia permite la detección de objetos y fenómenos que LIGO no puede igualar. "Pudimos ver estrellas de neutrones que orbitan entre sí, pero mucho antes, antes de que se acerquen entre sí", dijo. "O estrellas enanas blancas. Las enanas blancas contactarán y se fusionarán, pero lo harán antes de que LIGO pueda verlas". eLISA, sin embargo, los recogerá.
Vitale agregó que eLISA responderá algunas preguntas fundamentales sobre los agujeros negros y los centros galácticos. "Sabemos que cada galaxia tiene un agujero negro de cientos de miles a miles de millones de masas solares", dijo. "[eLISA] puede ver la colisión de agujeros traseros de ese tamaño. También podemos ver un pequeño agujero negro que cae en un gran agujero negro; eso envía una señal que permite una especie de mapeo del campo de gravedad alrededor del agujero negro". La forma exacta de esos campos es una pregunta abierta importante en astrofísica. Incluso podría mostrar si los agujeros negros realmente tienen horizontes de eventos.
Larson dijo que ver las colisiones de agujeros negros más grandes también podría arrojar luz sobre cómo los agujeros negros en los centros galácticos se hicieron tan grandes. "Vemos enormes agujeros negros muy temprano en el universo. ¿Cómo se hacen grandes tan rápido? LISA puede verlos al borde del universo observable".
El lanzamiento de eLISA está previsto para 2034, y debería comenzar a tomar datos en solo unos meses después del lanzamiento.
