Un novedoso sistema óptico que imita la estructura de los ojos de una langosta permitiría a una misión conceptual de clase Explorer localizar con precisión, caracterizar, y alertar a otros observatorios sobre la fuente de ondas gravitacionales, que son causados ​​por algunos de los eventos más poderosos del universo.

El Centro de Vuelo Espacial Goddard en Greenbelt, Maryland, estudiará la viabilidad del Observatorio de Astrofísica Transitoria en la Estación Espacial Internacional, o ISS-TAO. La misión fue seleccionada, junto con otros dos conceptos clasificados de manera similar, como una potencial misión exploradora de oportunidades. En 2019, Se espera que la NASA elija un concepto para la construcción y el lanzamiento.

"Esta misión es más relevante hoy que nunca, "dijo el investigador principal de la misión, Jordan Camp, quien lidera un equipo internacional para madurar el concepto y afinar sus dos instrumentos:un generador de imágenes de campo amplio de rayos X suave provisto por Goddard, o WFI, y el monitor transitorio de rayos gamma proporcionado por la Agencia Espacial de Israel.

"La detección de ondas gravitacionales a finales de 2015 fue un acontecimiento decisivo, ", Dijo Camp." Las ondas gravitacionales son tan diferentes, tan nuevo. Queremos una forma de conectar la astronomía electromagnética convencional con esta ciencia emergente ".

Monitoreo de todo el cielo

Desde su posición a bordo de la Estación Espacial Internacional, o ISS, la misión monitorearía el cielo en busca de rayos X y rayos gamma transitorios, esos fugaces, difícil de capturar, fotones de alta energía desatados durante las fusiones y supernovas de agujeros negros y estrellas de neutrones. Estos poderosos trastornos generan ondas gravitacionales.

Postulado por primera vez por Albert Einstein hace un siglo, Las ondas gravitacionales se producen cuando los objetos masivos que se mueven cerca de la velocidad de la luz se juntan en espiral y se fusionan en el universo. El movimiento y la colisión resultante crean ondas en el tejido del espacio-tiempo, irradiando en todas direcciones, muy parecido a cómo se ondula el agua cuando se arroja una piedra a un estanque.

El año pasado, en un anuncio explosivo, Los científicos revelaron que el Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser en tierra, o LIGO, había detectado ondas gravitacionales de ninguna, pero dos eventos separados que involucran la colisión de agujeros negros en otras galaxias; otros han sido reportados desde entonces. Por este descubrimiento, los tres físicos que fueron pioneros en la instalación de LIGO:Rainer Weiss, Kip Thorne, y Barry Barish, recientemente fueron galardonados con el Premio Nobel de Física 2017.

Y luego, el 16 de octubre LIGO anunció la primera detección de ondas gravitacionales de la fusión de dos estrellas de neutrones. Menos de dos segundos después de que las olas atravesaran el espacio-tiempo de la Tierra, El telescopio espacial de rayos gamma Fermi de la NASA detectó un débil estallido de luz de alta energía, el primero en estar conectado inequívocamente a una fuente de ondas gravitacionales. Medio día después observatorios de todo el mundo habían encontrado la ubicación en luz visible, señalando una fuente de ondas gravitacionales por primera vez.

En la actualidad, casi todo lo que los científicos saben sobre el cosmos proviene de la detección y el análisis de la luz de fuentes cosmológicas en todas sus formas en todo el espectro electromagnético:radio, infrarrojo, visible, ultravioleta, Rayos X, y rayos gamma. Cada longitud de onda agrega un detalle diferente sobre la composición, temperatura, y velocidad de estas fuentes, entre otras características físicas.

La confirmación de que existen ondas gravitacionales ha abierto una nueva ventana al universo, dar a los científicos una nueva visión que complementará lo que ya han aprendido a través de enfoques de observación más tradicionales. Acampar, que ayudó a desarrollar los láseres y la óptica de LIGO y fue uno de los autores del artículo que anunció el primer descubrimiento, cree que la misión tiene un nicho especial que llenar en esta rama emergente de la astrofísica.

Nicho especial en la ciencia de ondas gravitacionales

La misión será un centinela dijo el investigador principal adjunto de la misión Scott Barthelmy.

Además de realizar estudios de todo el cielo de fuentes de rayos X transitorias, localizará con mayor precisión las contrapartes de rayos X de las fuentes de eventos de ondas gravitacionales, reunir datos, y comunicar su posición a otros observatorios para que puedan comenzar sus propias observaciones.

"LIGO y Virgo (una instalación de interferómetro recientemente mejorada en Pisa, Italia) forman la red avanzada de observatorios de ondas gravitacionales, ", Dijo Camp." Nos alertarán sobre los candidatos más interesantes, como los momentos finales de un sistema binario compacto. Aunque estas instalaciones pueden detectar las ondas en el espacio-tiempo, no pueden enfocar las ondas gravitacionales y, en cambio, logran la localización de su fuente sincronizando las señales ruidosas, "Camp explicó". no pueden localizar con precisión sus fuentes ".

A diferencia de, la carga útil apuntaría su óptica de langosta a la gran parte del cielo identificada por LIGO y Virgo y luego enfocaría los rayos X acompañantes para localizar y caracterizar estas fuentes, él dijo.

En la actualidad, el telescopio espacial Hubble, el telescopio espacial de rayos gamma Fermi, la misión Swift Gamma-Ray Burst, el telescopio espacial Spitzer, y el Observatorio de rayos X Chandra están buscando contrapartes electromagnéticas. Junto con docenas de observatorios terrestres, todos ellos detectaron luz de la fusión de estrellas de neutrones, permitiendo a los astrónomos estudiar las secuelas de un evento de ondas gravitacionales por primera vez.

Sin embargo, la misión es particularmente adecuada para la tarea, dijo la co-investigadora de la misión Judy Racusin.

Uno de sus instrumentos, el WFI, está equipado con la novedosa óptica de ojo de langosta, que imitan la estructura de los ojos de los crustáceos. Los ojos de langosta se componen de largos, celdas estrechas, cada una de las cuales refleja una pequeña cantidad de luz desde una dirección determinada. Esto permite que la luz de un área de visualización amplia se enfoque en una sola imagen.

La óptica de WFI funciona de la misma manera. Sus ojos son placas de microcanales:delgadas, losas curvas de material salpicadas de pequeños tubos a lo largo de la superficie. La luz de rayos X puede ingresar a estos tubos desde múltiples ángulos y se enfoca a través de la reflexión de incidencia rasante, dando a la tecnología un amplio campo de visión necesario para encontrar y obtener imágenes de eventos transitorios que no se pueden predecir de antemano. Aparte de una demostración de cohetes sonoros, La óptica de ojo de langosta aún no se ha utilizado en una aplicación espacial, Dijo Camp.

El atraque de la misión a bordo de la estación espacial ofrece otra ventaja, dijo el científico de la misión Robert Petre, agregando que el puesto de avanzada en órbita proporciona comunicaciones, poder, y otros servicios que elevan el costo de las naves espaciales. "Queremos utilizar esta increíble instalación exactamente para lo que fue diseñada:proporcionar acceso al espacio a bajo costo ".

En caso de que ISS-TAO sea seleccionado como una misión exploradora de oportunidades, Camp cree que podría completar la misión y lanzarlo en 2022, pocos años después del lanzamiento programado del telescopio espacial James Webb. El observatorio Webb también podría alistarse para observar los eventos explosivos que generan ondas gravitacionales, Dijo Camp.

"Comenzamos a trabajar en este concepto de misión antes de que LIGO hiciera el descubrimiento, "Camp dijo, refiriéndose a los esfuerzos financiados por I + D que comenzaron hace unos cinco años. "El descubrimiento de ondas gravitacionales ciertamente ha agregado mucha emoción y ha abierto una nueva frontera revolucionaria en astrofísica. Creemos que nuestra misión puede mejorar enormemente la ciencia de ondas gravitacionales".