Un equipo de científicos e ingenieros del Jet Propulsion Laboratory
de la NASA ha llevado al mundo a un paso de "escuchar"
las ondas gravitatorias - ondulaciones en el espacio
y el tiempo predichas por Albert Einstein en el siglo XX.
La investigación, realizada en un laboratorio del JPL en Pasadena, California, puso a prueba un sistema de láser que volará a bordo de la misión espacial propuesta denominada Antena Espacial de Interferómetro Láser, o LISA.
El objetivo de la misión es detectar señales sutiles, como el susurro de las ondas gravitacionales, que aún no se han observado directamente.
Esta no es una tarea fácil, y aún quedan muchos desafíos por delante.
Las nuevas pruebas de JPL golpearon un hito importante, lo que demuestra por primera vez que ese ruido, o fluctuaciones aleatorias, en las vigas del láser LISA se pueden callar lo suficiente para escuchar el dulce sonido de las olas difíciles de alcanzar.
"Con el fin de detectar las ondas gravitacionales, tenemos que hacer mediciones muy precisas", dijo Bill Klipstein, un físico en el JPL.
"Nuestros láseres son mucho más ruidosos de lo que queremos medir, así que tenemos que eliminar ese ruido con cuidado para obtener una señal clara, es un poco como la escucha de una pluma a caer en medio de una fuerte tormenta."
Klipstein es co-autor de un artículo sobre las pruebas de laboratorio que apareció en una edición reciente de Physical Review Letters.
El equipo del JPL es uno de muchos grupos de trabajo sobre LISA, un proyecto conjunto Agencia Espacial Europea y la propuesta de misión de la NASA, que, si se selecciona, se lanzará en el año 2020 o posterior. En agosto de este año, a Lisa se le dio una recomendación en el informe del Consejo Naional de Investigaciones Decenales de EE.UU. 2010, sobre astronomía y astrofísica.
Uno de los objetivos primarios de LISA es detectar directamente las ondas gravitacionales.
Los estudios de estas ondas cósmicas comenzaron en serio hace décadas cuando, en 1974, los investigadores descubrieron un par de estrellas que orbitan muertas - un tipo de púlsares llama - que cayeron en espirales cada vez más cercanas debido a una pérdida inexplicable de energía.
Esa energía se demostró más tarde ser una forma de ondas gravitacionales. Esta fue la primera prueba indirecta de las olas, y, finalmente, ganó el 1993 el Premio Nobel de Física.
LISA se espera que no sólo "escuchará" las ondas, sino también que aprenderá más acerca de sus fuentes - objetos masivos, tales como los agujeros negro y estrellas muertas, que cantan las olas como melodías al universo como objetos que aceleran a través del espacio y del tiempo.
La misión sería capaz de detectar las ondas gravitacionales de objetos de gran masa en nuestra galaxia, la Vía Láctea y galaxias distantes, lo que permite a los científicos sintonizar con un lenguaje completamente nuevo de nuestro universo.
La misión propuesta equivaldría a un triángulo gigante de tres naves espaciales distintas, cada una conectada por rayos láser.
Estas naves espaciales que vuelan en formación alrededor del Sol, a unos 20 grados detrás de la Tierra.
Cada uno espera un cubo de platino y oro que flota libremente en el espacio.
Como las ondas gravitacionales pasar por la nave espacial, haría que la distancia entre los cubos, o masas de prueba, cambiaran en cantidades casi imperceptibles -, pero suficiente para los instrumentos extremadamente sensibles de LISA para ser capaz de detectar los cambios correspondientes en el láser de barras de conexión.
El equipo del JPL ha pasado los últimos seis años trabajando en los aspectos de esta tecnología LISA, incluyendo instrumentos llamados medidores de fase, que son sofisticados detectores de rayo láser.
Las últimas investigaciones lleva a cabo uno de sus principales objetivos - para reducir el ruido detectado por el láser metros fase por mil millones de veces, o lo suficiente como para detectar la señal de ondas gravitatorias.
El trabajo es como tratar de encontrar un protón en un pajar. Las ondas gravitatorias cambian la distancia entre dos naves espaciales - que están volando a 5 millones de kilómetros de distancia - aproximadamente un picometer, que es unos 100 millones de veces más pequeño que el ancho de un cabello humano.
En otras palabras, la nave a 5000 millones de metros de distancia,
y Lisa podría detectar los cambios en esa distancia en el orden de 0.000000000005 metros!
En el corazón de la tecnología láser LISA está un proceso conocido como interferometría, que en última instancia revela si las distancias recorridas por los rayos láser de luz, y por lo tanto la distancia entre las tres naves, han cambiado debido a las ondas gravitacionales.
El proceso es como la combinación de las olas del mar - a veces se acumulan y crecen más grandes, ya veces se cancelan el uno al otro o disminuyen de tamaño.
"No podemos usar una cinta métrica para obtener las distancias entre estas naves espaciales", dijo de Vine,
"Así que utilizan el láser. Las longitudes de onda de los láseres son como nuestras marcas de graduación en una cinta de medir."
El LISA, la luz del láser es detectada por los medidores de fase y luego enviado a la tierra, donde es "interferido" a través de proceso de datos (el proceso se llama interferometría de retraso de tiempo por esta razón - hay un retraso antes de que la técnica de la interferometría es aplicada).
Si el patrón de interferencia entre los rayos láser es el mismo, entonces eso significa que la nave no se han movido en relación con los demás. Si todas las otras razones para el movimiento de naves espaciales se eliminan, a continuación, las ondas gravitacionales son el culpable.
Esa es la idea básica.
En realidad, hay una serie de otros factores que hacen de este proceso más complejo.
Por un lado, la nave espacial no se quedará quieta.
Naturalmente, se moverá por razones que nada tienen que ver con las ondas gravitacionales.
Otro problema es el ruido de rayo láser.
¿Cómo saber si la nave se trasladó a causa de las ondas gravitacionales, o si el ruido del láser está haciendo que parezca que la nave se haya movido?
Esta es la pregunta que el equipo del JPL recientemente llevó a su laboratorio, que imita el sistema de LISA.
Esta es la pregunta que el equipo del JPL recientemente llevó a su laboratorio, que imita el sistema de LISA.
Se introduce ruido aleatorio, artificial en sus lasers y luego, a través de un complicado conjunto de acciones de procesamiento de datos, resta la mayor parte de vuelta.
Su éxito reciente demostró que podía ver los cambios en las distancias entre las naves espaciales se burlan de la orden de un picometer.
En esencia, silenciado el estruendo de los rayos láser, por lo que Lisa, si es seleccionado para la construcción, será capaz de oír el universo en voz baja tararear una melodía de las ondas gravitacionales.
Otros autores del papel de JPL se Brent Ware, Kirk McKenzie, Robert E. Spero y Daniel A. Shaddock, que tiene un mensaje conjunto con el JPL y la Universidad Nacional Australiana en Canberra.
LISA es un proyecto de la NASA y la misión europea conjunta de la Agencia Espacial. La porción de la NASA de la misión está dirigida por la NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland Algunos de los estudios clave para la instrumentación de la misión se están realizando en el JPL.
LISA es un proyecto de la NASA y la misión europea conjunta de la Agencia Espacial. La porción de la NASA de la misión está dirigida por la NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Maryland Algunos de los estudios clave para la instrumentación de la misión se están realizando en el JPL.
El científico de la misión EE.UU. es Tom Prince en el Instituto de Tecnología de California en Pasadena. JPL es administrado por Caltech para la NASA.
Fuente: NASA
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