LISA Spacecraft completa il rivoluzionario test di osservazione delle onde gravitazionali

La missione LISA Pathfinder potrebbe aiutarci a capire meglio meteore, asteroidi, satelliti e vari altri proiettili che sfrecciano attorno allo spazio a velocità inimmaginabili, ma ha un obiettivo primario: verificare il potenziale di osservare e studiare le onde gravitazionali che si muovono nello spazio. A più di 900.000 miglia di distanza dalla Terra, il prototipo della navicella spaziale ha fatto un salto più vicino a questo obiettivo. In un nuovo documento pubblicato in Lettere di revisione fisica, il team LISA rivela che i test di caduta libera della LPF sono stati un successo rivoluzionario, superando le aspettative iniziali e agendo con una precisione che è più di cinque volte migliore rispetto a quella originariamente richiesta.

Quando l'Agenzia spaziale europea ha finalmente lanciato la nave spaziale allo stato dell'arte lo scorso dicembre, sapevamo quasi nulla sulle onde gravitazionali - oltre ad avere una buona impressione che queste increspature nello spazio-tempo prima ipotizzate da Albert Einstein esistessero almeno. Quindi gli scienziati in realtà trovato onde gravitazionali - usando una coppia di strumenti ultrasensibili qui sulla superficie della Terra per rilevare i segnali dell'onda gravitazionale molto deboli che erano stati prodotti da una coppia di enormi buchi neri che si scontravano l'uno nell'altro.

La scoperta di LIGO fu un vantaggio per il progetto LISA poiché stabilì che le onde gravitazionali erano effettivamente osservabili. Naturalmente, la scoperta di LIGO è stata una specie di "incidente nel momento giusto". Per studiare veramente le onde gravitazionali e permettere a noi stessi di dare un'occhiata a ciò che l'universo sembra al di là dello spettro elettromagnetico, dobbiamo essere in grado di osservare questo tipo di segnali alle basse frequenze - forse anche a 0,1 Hz. Ciò significa che hai bisogno di un sistema che osservi i piccoli sfarfallio nello spazio-tempo su distanze grandi come un milione di miglia, senza interferenze da attività sismiche, termiche o terrestri. Non succederà sulla Terra.

Einstein predisse la presenza di onde gravitazionali quando sviluppò la sua teoria della relatività. "Un secolo dopo, stiamo aprendo la strada per il primo osservatorio sull'onda gravitazionale su larga scala nello spazio", ha detto ai giornalisti Fabio Favata, il capo dell'ufficio di coordinamento per la direzione scientifica dell'ESA, martedì in una conferenza stampa. Poiché le onde gravitazionali si muovono attraverso l'universo senza impedimenti, offrono agli scienziati una visione cosmologica del mondo che è trasparente. Favata ha paragonato le onde gravitazionali ai suoni della foresta che forniscono indizi su ciò che esiste tra i densi cespugli di piante di alberi - ascoltati ma non visti. Gli strumenti utilizzati per trovare le onde gravitazionali sono i microfoni che ci aiutano ad ascoltare quei suoni.

Cosa possono aiutare le onde gravitazionali a mostrarci l'universo? Sebbene ci sia speranza che questi segnali possano aiutarci a caratterizzare meglio le popolazioni stellari nelle regioni galattiche, il vantaggio principale sarebbe quello di aiutare a comprendere meglio i buchi neri. Intrappolando tutto ciò che si trova nelle sue vicinanze, tra cui la luce, i buchi neri sono un fenomeno estremamente misterioso di cui gli astrofisici sanno poco. Le onde gravitazionali potrebbero finalmente fornire il tipo di informazioni necessarie per valutare una visione più completa di come si presenta un buco nero, come si comporta, come si evolve, ecc.

Ecco perché gli ultimi risultati della missione LISA Pathfinder sono così importanti. In uno scenario ideale, gli scienziati rilevano le onde gravitazionali nello spazio lanciando due o più oggetti nello spazio e tenendoli separati da centinaia di migliaia o addirittura milioni di miglia, e sparando un laser tra quegli oggetti che sono in grado di captare segnali molto deboli come le onde gravitazionali.

Un progetto come questo richiederebbe un'enorme quantità di tempo e risorse, quindi è necessario dimostrare il concetto prima di poter effettivamente iniziare l'esperimento stesso. Gli scienziati dell'ESA fondamentalmente ridussero questo concetto in un singolo veicolo spaziale: LISA Pathfinder. Contenute all'interno della navicella spaziale sono due masse di platino oro due chilogrammo che sono state rilasciate in una camera a vuoto a febbraio, con il primo giorno di funzionamento a partire dal 1 marzo. Gli oggetti sono troppo vicini l'uno all'altro per misurare un'onda gravitazionale, ma l'ambiente LISA Pathfinder consente agli scienziati di determinare se è possibile che questi oggetti raggiungano una perfetta caduta libera in cui il loro movimento sia controllato solo dalla gravità. Un osservatorio su larga scala avrebbe bisogno dello stesso tipo di convalida - che le forze esterne non mostrassero un'indebita influenza gravitazionale sugli oggetti.

LISA Pathfinder ha misurato l'accelerazione relativa tra i due oggetti utilizzando un interferometro laser in grado di rilevare i cambiamenti nella scala inferiore a dieci milionesimi di miliardesimo di accelerazione gravitazionale terrestre, che corrisponde al peso di un virus sulla Terra. Ecco cosa c'è di più folle: il "rumore" interferente misurato dal veicolo spaziale era 100 volte inferiore a quello che gli scienziati dell'ESA si aspettavano. La capacità di misurare la vera caduta libera è una pietra miliare fondamentale verso lo studio dell'onda gravitazionale su larga scala nello spazio, e ora pone il progetto LISA su un percorso più breve verso l'obiettivo finale di costruire e lanciare un osservatorio dell'onda gravitazionale.

L'ESA ha presentato un anno di lancio 2034 per un osservatorio di onde gravitazionali su larga scala. I laser misurerebbero le fluttuazioni di oggetti separati da milioni di miglia in tre veicoli spaziali alloggiati in modo triangolare.