Astronomía

Agujeros negros chocando y explosiones de supernovas: la misión espacial que quiere 'escuchar' los sonidos del Universo

Ilustración de un agujero negro NASA

La semana pasada, junto a la misión para explorar Venus, la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés) dio luz verde a otro proyecto tan interesante como complejo. Se trata de LISA, una antena espacial que incorpora un interferómetro láser que tratará, por primera vez, de detectar y estudiar ondas gravitacionales desde el espacio.

"Será el primer observatorio espacial dedicado a detectar ondas en el tejido del espacio-tiempo. Estas ondas, que llamamos ondas gravitacionales, se emiten durante algunos de los eventos más poderosos del Universo, como cuando los agujeros negros chocan. Al medir estas ondas, LISA explorará toda la historia del Universo, remontándose mucho antes de que se formaran las estrellas y galaxias", informaron desde la agencia.

Hace poco más de un siglo Einstein hizo la predicción revolucionaria de que cuando los objetos masivos se aceleran, sacuden el tejido del espacio-tiempo, produciendo ondas minúsculas conocidas como ondas gravitacionales. Gracias a los avances tecnológicos modernos, ahora podemos detectar estas señales más esquivas. Y la ESA ha apostado por llevar esa tecnología al espacio.

De esta manera, la misión está preparada para capturar el "sonido" gravitacional previsto en los momentos iniciales de nuestro Universo y ofrecer una visión directa de los primeros segundos después del Big Bang. Además, debido a que las ondas gravitacionales transportan información sobre la distancia de los objetos que las emitieron, LISA ayudará a los investigadores a medir los cambios que se están produciendo en la expansión del Universo.

Por ejemplo, la antena espacial detectará, en todo el Universo, las ondas en el espacio-tiempo provocadas cuando colisionan enormes agujeros negros en los centros de las galaxias. Esto permitirá a los científicos rastrear el origen de estos monstruosos objetos, trazar cómo crecen hasta alcanzar millones de veces más masa que el Sol y establecer el papel que desempeñan en la evolución de las galaxias.

"Es algo que nunca antes se había intentado. Utilizando rayos láser a distancias de varios kilómetros, la instrumentación terrestre puede detectar ondas gravitacionales provenientes de eventos que involucran objetos del tamaño de estrellas, como explosiones de supernovas o fusiones de estrellas hiperdensas y agujeros negros de masa estelar. Para ampliar las fronteras de los estudios gravitacionales debemos ir al espacio", aseguró Nora Lützgendorf, científica líder del proyecto LISA. "Con esta tecnología exploraremos ondas gravitacionales de frecuencias más bajas que las posibles en la Tierra, descubriendo eventos de diferente escala, desde el amanecer del tiempo", añadió.

Más cerca de casa, en nuestra propia galaxia, LISA detectará muchos objetos compactos fusionándose, como enanas blancas o estrellas de neutrones, y nos brindará "una visión única de las etapas finales de la evolución de estos sistemas". Y al señalar su posición y distancia, LISA mejorará nuestra comprensión de la estructura de la Vía Láctea.

Oliver Jennrich, científico del proyecto LISA, ilustró a la perfección lo que supondrá esta misión: "Si imaginamos que, hasta ahora, con nuestras misiones astrofísicas, hemos estado observando el cosmos como una película muda, capturar las ondas del espacio-tiempo con LISA será un verdadero cambio de juego, como cuando se agregó el sonido a las películas".

Tres naves espaciales

La ESA detalló que LISA no es sólo una nave espacial, sino una constelación de tres naves. Todas ellas seguirán a la Tierra en su órbita alrededor del Sol (a una distancia de 50 millones de kilómetros), formando un triángulo equilátero "exquisitamente preciso en el espacio". Cada lado del triángulo tendrá 2,5 millones de kilómetros de largo (más de seis veces la distancia Tierra-Luna), y las naves espaciales intercambiarán rayos láser a lo largo de esta distancia. El lanzamiento está previsto para 2035, en un cohete Ariane 6, pero los trabajos comenzaran mucho antes. Concretamente en enero de 2025, cuando se haya elegido un contratista industrial europeo.

Para detectar ondas gravitacionales, LISA utilizará pares de cubos macizos de oro y platino, las llamadas masas de prueba (un poco más pequeñas que los cubos de Rubik), que flotan libremente en una carcasa especial en el corazón de cada nave espacial. Las ondas gravitacionales provocarán pequeños cambios en las distancias entre las masas en las diferentes naves espaciales, y la misión rastreará estas variaciones mediante interferometría láser.

Esta técnica requiere disparar rayos láser de una nave espacial a otra y luego superponer su señal para determinar cambios en las distancias de las masas hasta unas pocas milmillonésimas de milímetro. La nave espacial debe diseñarse de modo que nada, excepto la propia geometría del espacio-tiempo, afecte el movimiento de las masas en caída libre.

Esta nueva antena espacial se basará en el éxito de LISA Pathfinder, lanzado por la ESA en 2015 para poner a prueba las innovadoras tecnologías que utilizará la agencia a partir de ahora, y que serán clave. Aunque la misión está liderada por la ESA será posible gracias a la colaboración con las agencias espaciales de sus Estados miembros, la NASA y un consorcio internacional de científicos (el consorcio LISA).

Dos misiones para llegar "al siguiente nivel"

La misión a Venus que la ESA acaba de aprobar tiene como objetivo estudiar el "planeta terrestre más desconocido del Sistema Solar". Y junto con LISA es la gran apuesta de la agencia. "Estas misiones pioneras nos llevarán al siguiente nivel en dos áreas extraordinariamente apasionantes de la ciencia espacial y mantendrán a los investigadores europeos a la vanguardia en estos ámbitos", afirmó la directora científica de la ESA, Carole Mundell.

Además, desde la ESA apuntaron que el desarrollo de ambas misiones motivará la colaboración entre diferentes empresas, institutos y países. Y también acelerará el desarrollo de tecnologías innovadoras que, en última instancia, "pueden mejorar la vida en la Tierra".

Ambos proyectos fueron adoptadas por la ESA durante la reunión del Comité del Programa Científico de la Agencia el 25 de enero de 2024. Se espera que las dos misiones se lancen en un cohete Ariane 6 desde el puerto espacial europeo en la Guayana Francesa. Pero el siguiente paso, de momento, es seleccionar un contratista principal para construir cada misión.

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