Hace un siglo Albert Einstein predijo la existencia de las ondas gravitacionales en su teoría de la relatividad general (leer Artículo). Sin embargo, dichas ondas no han podido ser detectadas aún porque su efecto es muy pequeño y sólo se percibe a gran escala (planetas, estrellas, galaxias…). El exitoso lanzamiento de LISA Pathfinder llevado a cabo el pasado 3 de diciembre supone el primer paso de un ambicioso proyecto diseñado para confirmar de una vez por todas su existencia.
Las ondas gravitacionales son rizos en el continuo espacio-tiempo, generados por la aceleración de objetos masivos. De existir, su naturaleza sería análoga a la de las ondas electromagnéticas (luz, microondas, rayos X,…) que son fruto de la aceleración de cargas eléctricas.
La teoría de Einstein predice que las ondas gravitacionales transportan energía en forma de radiación gravitacional y que, al pasar por un objeto, distorsionan el espacio-tiempo a su alrededor. Dicha distorsión se traduce en diminutas variaciones del tamaño de los cuerpos y en las distancias entre ellos.
Para imaginarlo, pensemos en la explosión de una estrella al final de su vida (llamada supernova). Las ondas gravitacionales provenientes de un estallido tan violento viajan a través del Universo casi sin oposición (las ondas electromagnéticas en cambio se ven debilitadas por la absorción del polvo y gas intergalácticos). Pues bien, se cree que cuando pasan a través de la Tierra producen cambios diminutos en su forma, pero de una magnitud tan pequeña (sólo de una millonésima parte del tamaño de un átomo) que son imposibles de detectar.
El proyecto LISA Pathfinder, liderado por la Agencia Espacial Europea, consiste en el primer laboratorio gravitacional espacial y tiene como objetivo probar tecnologías punteras imprescindibles para detectar y medir ondas gravitacionales en el futuro.
El satélite operará a 1,5 millones de kilómetros de la tierra, en dirección al Sol, orbitando un punto de equilibrio estable llamado primer punto de Lagrange (L1). Ahí, un experimento embarcado en el satélite tratará de demostrar que es posible poner dos masas libres de toda fuerza excepto la gravedad. Esto es una condición esencial para detectar las ondas gravitacionales desde el espacio.
Para lograrlo, registrará el movimiento de dos cubos de oro-platino que flotan libremente en el espacio, separados entre ellos por 38 centímetros (ver figura inferior). Entre ellos, un sistema de interferometría láser permitirá medir su separación relativa con una precisión sin precedentes. Si el experimento demuestra ser lo suficientemente sensible, podría ser capaz de medir los minúsculos movimientos de las masas causados por el paso de una onda gravitacional.
Sin embargo, para que esto funcione ya hemos dicho que es muy importante que las dos masas sólo se vean afectadas por la fuerza de la gravedad. Esto, en la práctica, quiere decir que deben estar flotando en sus respectivas cámaras de vació, sin contacto alguno con el resto de los elementos del satélite. Algo extremadamente complicado, pues el satélite se ve afectado por fuerzas que le perturban, de manera que si no se cancelan dichas fuerzas, el movimiento del satélite acabaría afectando a las masas y arruinando el experimento.
Los encargados de contrarrestar dichas fuerzas de perturbación son unos micro-propulsores de alta precisión, capaces de generar fuerzas extraordinariamente pequeñas (ver figura superior). Los micro-propulsores embarcados en LISA Pathfinder son del tipo “coloidal” y funcionan emitiendo iones de un líquido mediante un campo eléctrico. Por cada pequeña perturbación que afecte al satélite, los micro-propulsores deben realizar una acción igual en sentido contrario para mantenerlo en la posición perfecta que permita a los cubos flotar libremente en su interior.
¿No os parece ciencia ficción? ¡Pues esto es sólo una prueba!
Una Nueva Astronomía
Si LISA Pathfinder logra demostrar que esta innovadora tecnología funciona, el siguiente paso será una misión mucho más ambiciosa y compleja basada en tres satélites separados por cinco millones de kilómetros. Cada satélite tendría un cubo en su interior y de nuevo un laser mediría sus distancias para detectar los cambios debidos al efecto de las ondas gravitacionales (ver figura inferior). Si algún día se logra, habremos abierto una ventana a nuestro universo gravitacional.
“LISA Pathfinder es una misión que mira a una nueva ciencia, una nueva manera de hacer astronomía,” explica Cesar García, jefe de proyectos de LISA Pathfinder (ESA). “Y esta nueva era en la ciencia espacial, ya predicha por Albert Einstein hace cien años, cambiará para siempre la manera en que vemos el universo a nuestro alrededor.”