LISA Pathfinder, una misión dirigida por la ESA (la Agencia Espacial Europea) con contribuciones de la NASA, ha demostrado con éxito las tecnologías críticas necesarias para construir un observatorio espacial para detectar ondas en el espacio-tiempo llamadas ondas gravitacionales. Ahora, un equipo de científicos de la NASA espera aprovechar la sensibilidad sin precedentes de la nave espacial para trazar la distribución de pequeñas partículas de polvo vertidas por asteroides y cometas lejos de la Tierra.

La mayoría de estas partículas tienen masas medidas en microgramos, similar a un pequeño grano de arena. Pero con velocidades superiores a 22, 000 mph (36, 000 km / h), incluso los micrometeoroides tienen un gran impacto. Las nuevas mediciones podrían ayudar a refinar los modelos de polvo utilizados por los investigadores en una variedad de estudios. desde comprender la física de la formación de planetas hasta estimar los riesgos de impacto para las naves espaciales actuales y futuras.

"Hemos demostrado que tenemos una técnica novedosa y que funciona, "dijo Ira Thorpe, quien dirige el equipo en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. "El siguiente paso es aplicar cuidadosamente esta técnica a todo nuestro conjunto de datos e interpretar los resultados".

El objetivo principal de la misión era probar qué tan bien la nave espacial podía volar en formación con un par idéntico de cubos de oro y platino de 1,8 pulgadas (46 milímetros) flotando en su interior. Los cubos son masas de prueba destinadas a estar en caída libre y responder solo a la gravedad.

La nave espacial sirve como escudo para proteger las masas de prueba de fuerzas externas. Cuando LISA Pathfinder responde a la presión de la luz solar y a los impactos de polvo microscópico, la nave espacial compensa automáticamente disparando pequeñas ráfagas de sus propulsores de micronewton para evitar que las masas de prueba sean perturbadas.

Los científicos llaman a esto vuelo sin arrastre. En sus primeros dos meses de operaciones a principios de 2016, LISA Pathfinder demostró el proceso con una precisión cinco veces mejor que los requisitos de su misión, lo que lo convierte en el instrumento más sensible para medir la aceleración hasta ahora volado. Ahora ha alcanzado el nivel de sensibilidad necesario para construir un observatorio completo de ondas gravitacionales de múltiples naves espaciales.

"Cada vez que el polvo microscópico golpea a LISA Pathfinder, sus propulsores anulan la pequeña cantidad de impulso transferido a la nave espacial, ", dijo el co-investigador de Goddard, Diego Janches." Podemos cambiar eso y usar los disparos de los propulsores para aprender más sobre las partículas impactantes. El ruido de un equipo se convierte en datos de otro equipo ".

Gran parte de lo que sabemos sobre el polvo interplanetario se limita al vecindario de la Tierra, gracias en gran parte a la Instalación de Exposición de Larga Duración (LDEF) de la NASA. Lanzado a la órbita terrestre por el transbordador espacial Challenger en abril de 1984 y recuperado por el transbordador espacial Columbia en enero de 1990, LDEF acogió decenas de experimentos, muchos de los cuales fueron diseñados para comprender mejor el entorno de meteoritos y desechos orbitales.

Las diferentes composiciones, Las órbitas y las historias de diferentes asteroides y cometas producen naturalmente polvo con una variedad de masas y velocidades. Los científicos sospechan que las partículas más pequeñas y lentas se mejoran en el vecindario de la Tierra, por lo que los resultados de LDEF no son representativos del sistema solar más amplio.

"Pequeña, las partículas lentas cercanas a un planeta son más susceptibles a la atracción gravitacional del planeta, que llamamos enfoque gravitacional, "Dijo Janches. Esto significa que el flujo de micrometeoroides cerca de la Tierra debería ser mucho mayor que el experimentado por LISA Pathfinder, ubicado sobre 930, 000 millas (1,5 millones de kilómetros) más cerca del sol.

Para encontrar los impactos, Tyson Littenberg en el Centro Marshall de Vuelos Espaciales de la NASA en Huntsville, Alabama, adaptó un algoritmo que desarrolló originalmente para buscar ondas gravitacionales en los datos de los detectores terrestres del Observatorio de ondas gravitacionales del interferómetro láser (LIGO), ubicado en Livingston, Luisiana, y Hanford, Washington. De hecho, fue uno de los muchos algoritmos que jugó un papel en el descubrimiento de ondas gravitacionales por LIGO, anunciado en febrero de 2016.

"La forma en que funciona es que imaginamos cómo se vería la señal, luego estudie cómo reaccionarían LIGO o LISA Pathfinder si esta suposición fuera cierta, "Littenberg explicó." Para LIGO, estamos adivinando sobre la forma de onda, los picos y valles de la onda gravitacional. Para LISA Pathfinder, estamos adivinando sobre un impacto ".

Para trazar la probabilidad de fuentes probables, el equipo genera millones de escenarios diferentes que describen cuál podría ser la fuente y los compara con lo que realmente detecta la nave espacial.

En respuesta a un impacto, LISA Pathfinder enciende sus propulsores para contrarrestar tanto el minuto "empujón" del golpe y cualquier cambio en el giro de la nave espacial. Juntos, estas cantidades permiten a los investigadores determinar la ubicación del impacto en la nave espacial y reconstruir la trayectoria original del micrometeoroide. Esto puede permitir al equipo identificar corrientes de desechos individuales y quizás relacionarlas con asteroides y cometas conocidos.

"Esta es una colaboración muy agradable, "dijo Paul McNamara, el científico del proyecto LISA Pathfinder en la Dirección de Ciencias de la ESA en Noordwijk, Los países bajos. "Estos son los datos que utilizamos para realizar nuestras mediciones científicas, y como consecuencia de eso, Ira y su equipo pueden informarnos sobre las micropartículas que chocan contra la nave espacial ".

Su ubicación distante, sensibilidad a partículas de baja masa, y la capacidad de medir el tamaño y la dirección de las partículas que impactan hacen de LISA Pathfinder un instrumento único para estudiar la población de micrometeoroides en el sistema solar interior. Pero es solo el comienzo.

"Esta es una prueba de concepto, pero esperamos repetir esta técnica con un observatorio de ondas gravitacionales completo que la ESA y la NASA están estudiando actualmente para el futuro, "dijo Thorpe." Con múltiples naves espaciales en diferentes órbitas y un tiempo de observación mucho más largo, la calidad de los datos debería mejorar realmente ".

LISA Pathfinder es administrado por la ESA e incluye contribuciones de NASA Goddard y el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena. California. La misión se lanzó el 3 de diciembre 2015, y comenzó a orbitar un punto llamado Tierra-sol L1, aproximadamente 930, 000 millas (1,5 millones de km) de la Tierra en la dirección del sol, a finales de enero de 2016.

LISA son las siglas de Laser Interferometer Space Antenna, un concepto de observatorio de ondas gravitacionales basado en el espacio que ha sido estudiado con gran detalle tanto por la NASA como por la ESA. Es un concepto que se está explorando para la tercera gran misión del Cosmic Vision Plan de la ESA, que busca lanzar un observatorio de ondas gravitacionales en 2034.