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Astronomía y Astrofísica

LISA Pathfinder prepara el terreno para la caza de ondas gravitacionales

Esta semana se lanza la misión LISA Pathfinder de la Agencia Espacial Europea, cuyo objetivo es probar las tecnologías que se usarán en el futuro para detectar ondas gravitatorias, unas ondulaciones del espacio-tiempo predichas por la teoría de la relatividad de Einstein. El Instituto de Ciencias del Espacio y otros centros de investigación y empresas españoles participan en el proyecto. El despegue estaba previsto para este miércoles, pero se va a retrasar por problemas técnicos con el lanzador Vega.

La misión LISA Pathfinder está lista para el lanzamiento. / ESA–M. Pedoussaut

Todo estaba listo en el Puerto Espacial Europeo en Kourou (Guayana Francesa) para que la misión LISA Pathfinder despegara este 2 de diciembre a las 05:15 h (hora peninsular española), pero un problema técnico con el lanzador Vega "requiere un análisis adicional", por lo que el lanzamiento se va a retrasar al menos un día.

Así lo ha comunicado la Agencia Espacial Europea (ESA) en su web, donde confirma que LISA Pathfinder está en "condiciones estables y seguras" y que los técnicos están trabajando para resolver el problema. Este miércoles se revisarán los resultados para decidir si despega el 3 de diciembre.

LISA Pathfinder permitirá desarrollar el futuro observatorio espacial de ondas gravitacionales previsto para 2034

El objetivo de la misión es demostrar, con una precisión sin precedentes, que los cuerpos en caída libre siguen trayectorias geodésicas (líneas de mínima longitud entre dos puntos de una superficie) a través del espacio-tiempo que surca el universo.

De esta forma se irán probando las tecnologías que luego se usarán para detectar ondas gravitatorias, fluctuaciones propagadas en la curvatura espacio-temporal desde una fuente remota, como agujeros negros o supernovas. Fueron predichas por la relatividad general de Einstein, pero todavía no se han detectado.

El nombre de LISA corresponde a Laser Interferometer Space Antenna (Antena Espacial de Interferómetría Láser), el futuro observatorio espacial de ondas gravitacionales de la ESA, previsto para el año 2034. Contará con tres masas en caída libre, cada una en un satélite diferente, separadas por más de un millón de kilómetros, para tratar de detectar así las esquivas ondas gravitatorias. La versión actual Pathfinder (pionera, o de exploración), con una duración de 180 días, servirá como un demostrador tecnológico.

Maniobras tras el lanzamiento

LISA Pathfinder se separará de la última etapa del lanzador 105 minutos después del despegue, a las 06:00 GMT (las 07.00 h en la Península), y enviará sus primeras señales a tierra instantes más tarde. La separación del lanzador es uno de los momentos más críticos de los primeros días en órbita del satélite.

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Los ingenieros del centro de control ESOC de la ESA en Darmstadt, Alemania, establecerán un enlace de comunicaciones, encenderán los sistemas de control del satélite y empezarán a realizar una larga serie de pruebas para comprobar el estado de LISA Pathfinder tras el lanzamiento.

En los días siguientes, confirmarán que llega a su órbita definitiva. El satélite llevará a cabo su misión desde una órbita alrededor del denominado ‘punto de Lagrange L1’, una posición virtual en el espacio situada a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra en dirección al Sol.

“LISA Pathfinder es una misión muy compleja”, explica Andreas Rudolph, su director de vuelo. “Después de poner al satélite en órbita con éxito, tendremos que encender su módulo de propulsión unas siete u ocho veces en los primeros 10 días de misión para llevarlo de forma segura a través de los cinturones de radiación que rodean a la Tierra y situarlo en la trayectoria de transferencia correcta”.

“Llegaremos al punto L1 a finales de enero –añade–. Hasta entonces, los equipos de control seguirán trabajando de forma intensiva para asegurar que los encendidos se realicen según lo previsto, que la navegación sea correcta y que los instrumentos científicos y los sistemas de vuelo funcionen sin incidentes”.

Los primeros datos de la misión se recibirán a través de las estaciones de seguimiento de la ESA en Kourou (Guayana Francesa), Perth (Australia) y Maspalomas (España), así como con una antena dedicada a esta misión en la estación italiana de Malindi (Kenia).

El viaje de LISA Pathfinder. / ESA/ATG medialab

Cuando la órbita de LISA Pathfinder se eleve a más de 45.000 kilómetros, los controladores podrán utilizar las potentes antenas de espacio profundo que la ESA tiene en Australia, Argentina y España, diseñadas específicamente para este tipo de misiones. En nuestro país está situada en la estación de Cebreros, en Ávila.

Participación española destacada

En esta misión colaboran cerca de 40 empresas y catorce países europeos, con una participación destacada desde España, especialmente a través del grupo de Astronomía Gravitacional-LISA del Instituto de Ciencias del Espacio (ICE), un centro mixto del Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) y el CSIC. Este equipo ha creado el ordenador a bordo de la nave, los sistemas de diagnóstico de altísima estabilidad y sensibilidad, y el software de control de ambos.

Es una misión tecnológica de precisión sin precedentes: la fuerza equivalente al peso de una bacteria desequilibraría todo el experimento

Para poder detectar las ondas gravitacionales es necesario primero conseguir controlar masas en caída libre en el espacio. El ensayo general que hace la ESA con la misión LISA Pathfinder implica un desarrollo tecnológico sin precedentes, con precisiones del orden de los picómetros (la billonésima parte de un metro). La fuerza equivalente al peso de una bacteria sobre una de las masas de prueba que se mantendrán flotando en el vacío desequilibraría todo el experimento. Buena parte de esa tecnología la ha creado el grupo de Astronomía Gravitacional-LISA del ICE.

Para detectar las ondas gravitacionales es necesario medir la distancia entre dos cuerpos en caída libre con una precisión altísima. LISA Pathfinder lo probará con dos masas cúbicas idénticas, de 46 milímetros de lado y hechas de una aleación de oro y platino, que flotarán el vacío y mantendrán una distancia constante de 38 centímetros.

Lo más complicado es mantener las condiciones de caída libre, y para ello LISA Pathfinder incluye tecnologías creadas ex profeso para contrarrestar las otras fuerzas, desde la presión que causa la radiación solar a los efectos de temperatura o las fuerzas magnéticas del propio satélite.

Ilustración de LISA Pathfinde y su módulo de propulsión después de la separación. / ESA

En concreto, el grupo de Astronomía Gravitacional-LISA ha diseñado, construido y programado la Unidad de Gestión de Datos (DMU), el ordenador a bordo que controla los experimentos científicos de la misión y que recibirá la información de todos los sensores para realizar diversas maniobras de reposicionamiento cada segundo.

Además, este equipo ha sido el responsable del sistema de diagnóstico: el conjunto de sensores y actuadores de alta sensibilidad y precisión para el control térmico y magnético, y un monitor de radiación de partículas cósmicas ionizadas, entre otras cosas. En la construcción de la DMU ha colaborado la empresa SENER (que también suministra el sistema que adquiere y procesa todos los datos para la misión), y GMV ha participado en la verificación del software.

Por su parte, Airbus Defence and Space en España ha suministrado dos modelos de cableado del satélite, uno teórico y otro de vuelo para el módulo de servicios, además del adaptador del lanzador VEGA que lo sujeta durante el lanzamiento. En relación a la construcción y desarrollo de la lanzadera espacial y el satélite han participado, además, EADS CASA Espacio, Alter Technology, Rymsa, EADS Astrium Crisa y científicos de la Universidad de Barcelona.

Las ondas gravitacionales, el sonido secreto del universo

Los responsables de la misión y los investigadores implicados en el proyecto confían en que el éxito de esta misión hará posible el futuro observatorio de ondas gravitacionales LISA.

“Hasta ahora los astrónomos nos hemos dedicado a mirar el universo, pero el estudio de las ondas gravitacionales nos permitirá escucharlo, y eso nos abre toda una nueva ventana de investigación”, afirma Carlos F. Sopuerta, investigador principal de LISA Pathfinder desde el IEEC-CSIC.

Las ondas gravitacionales, predichas en la teoría general de la relatividad que ahora cumple cien años, son ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo producidas por los acontecimientos más violentos del universo, como la fusión de agujeros negros o la explosión de supernovas. Encontrarlas permitirá conocer mejor estos objetos, así como sobre el Big Bang y quizá incluso sobre la energía oscura.

Los científicos no dudan que esta información revolucionará muchas áreas de la astrofísica, la cosmología y la física fundamental y pondrá a prueba la relatividad general como no se había hecho antes. Hasta ahora sólo se tienen pruebas indirectas de las ondas gravitacionales, y los intentos de detectarlas desde la Tierra están limitados por una gran cantidad de interferencias ambientales. Con las misiones LISA se podría hacer realidad la predicción de Einstein.

Aspecto que podrían tener las ondas gravitacionales si se pudieran ver. / NASA

* Noticia actualizada el 2/12/2015 tras anunciar la ESA que se retrasa el lanzamiento de LISA Pathfinder

Fuente: ESA/IEEC/Airbus/SENER
Derechos: Creative Commons
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