El banco óptico AEI Hannover para probar la tecnología LISA antes de su integración en la cámara de vacío. Los tres láseres se transmiten a través de fibras ópticas. Crédito:D. Penkert / Instituto Max Planck de Física Gravitacional
Por primera vez, Ha sido posible probar la tecnología de medición láser para LISA en laboratorios casi en condiciones de misión. Un equipo de investigadores dirigido por el Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein; AEI) y el Instituto de Física Gravitacional de la Leibniz Universität en Hannover, Alemania, logró el gran avance con un experimento novedoso. El trabajo se vincula con la misión LISA Pathfinder, que probó tecnologías LISA en el espacio de 2015 a 2017. LISA es un observatorio planeado en el espacio que detectará ondas gravitacionales inaccesibles en la Tierra. Un consorcio de científicos internacionales está desarrollando actualmente LISA como una misión de la Agencia Espacial Europea (ESA). Con su experimento, los científicos de AEI demuestran la funcionalidad del medidor de fase LISA, que será la unidad de medida central del observatorio. Su experimento también se puede ampliar fácilmente para realizar más pruebas y, por lo tanto, puede verificar otros pasos del observatorio de mediciones LISA.
"Todos los componentes del observatorio espacial LISA planeado deben cumplir estrictos requisitos de precisión para medir las ondas gravitacionales, "dice el Dr. Thomas Schwarze, autor principal del artículo publicado hoy en la reconocida revista Cartas de revisión física . "Crear condiciones en un laboratorio bajo las cuales se pueda verificar la enorme precisión de LISA requiere mucho cuidado. Por primera vez, podemos probar una parte importante de la tecnología LISA en condiciones de misión casi realistas en nuestros laboratorios y demostrar que funciona según lo previsto ".
LISA:un observatorio de ondas gravitacionales en el espacio
Está previsto que LISA se lance al espacio en 2034 como misión de la Agencia Espacial Europea (ESA). La misión constará de tres satélites que crearán un triángulo láser equilátero con cada lado de aproximadamente 2,5 millones de kilómetros de largo. Las distancias de este vuelo en formación en el espacio se modifican en una billonésima de metro por las ondas gravitacionales.
Para detectar estos pequeños cambios, Los instrumentos (medidores de fase) en los satélites LISA monitorean y miden la luz láser intercambiada entre ellos. Esta medición debe realizarse con la máxima precisión, como un micrófono extremadamente preciso con poco ruido y baja distorsión, en un amplio rango de 8 a 10 órdenes de magnitud.
Prueba de las mediciones de LISA en un laboratorio
En su artículo, los investigadores describen una nueva configuración experimental que, por primera vez, permite realizar mediciones LISA basadas en láser en un laboratorio en condiciones de misión casi realistas y utilizarlo para verificar la precisión del medidor de fase.
La configuración consta de un banco óptico que, debido a su construcción especial, es muy preciso y estable y, por lo tanto, elimina todas las fuentes de ruido indeseables diez veces mejor que los experimentos anteriores. De este modo, se puede lograr la precisión LISA requerida en la billonésima parte de un rango de metro.
La misión LISA propuesta detectará ondas gravitacionales en el espacio utilizando un trío de satélites, separados por millones de kilómetros. Se emplearán láseres para medir los cambios mínimos en su distancia relativa inducidos por ondas gravitacionales incidentes. Crédito:AEI / MM / exozet; Simulación de GW:NASA / C. Henze
En el banco óptico, tres rayos láser producidos de forma controlada se superponen en pares para obtener seis nuevos rayos láser con propiedades definidas con precisión. Superponiendo hábilmente tres de estos haces mixtos y midiendo sus propiedades con el medidor de fase, su función se puede comprobar con precisión.
Prueba exitosa en condiciones de misión casi realistas
El medidor de fase probado con la configuración cumple con los requisitos de la misión en casi todo el rango de medición de LISA. Esta prueba exitosa es la primera en condiciones casi realistas. Muestra que con la nueva configuración y con pequeñas modificaciones, otros componentes centrales de la misión LISA pueden probarse en condiciones aún más realistas.
"Es fundamental comprender todos los detalles de la misión LISA con precisión y probarlos por adelantado en el laboratorio, "explica el profesor Gerhard Heinzel, líder del grupo de investigación de interferometría espacial en AEI Hannover. "Solo de esta manera podemos estar seguros de que la compleja misión funcionará según lo planeado. Una vez que los satélites estén en órbita alrededor del Sol, ya no podemos modificar el hardware ".
Futura astronomía de ondas gravitacionales con LISA
LISA medirá ondas gravitacionales de baja frecuencia con períodos de oscilación de 10 segundos a más de medio día. que no se puede observar con detectores en la Tierra. Se emiten tales ondas gravitacionales, por ejemplo, por agujeros negros supermasivos, millones de veces más pesado que nuestro Sol, que se fusionan en los centros de las galaxias, los movimientos orbitales de decenas de miles de estrellas binarias en nuestra Galaxia, y posiblemente de fuentes exóticas como cuerdas cósmicas y el eco del Big Bang.
Entre diciembre de 2015 y julio de 2017, La misión LISA Pathfinder demostró otros componentes de LISA en el espacio y demostró que superaban los requisitos en toda la banda de medición de LISA.
La ESA está llevando a cabo actualmente el estudio del sistema de fase A con el consorcio internacional LISA. Se desarrollará un diseño preliminar de los componentes espaciales en preparación para la misión.
