Lisa Pathfinder, objetivo de la misión
LISA Pathfinder pondrá a prueba la tecnología necesaria para crear detectores espaciales de ondas gravitatorias. Encontrar ondas gravitatorias de baja frecuencia proporcionará una nueva manera de observar el universo; un método que, para sucesos a gran escala que ocurran a mil millones de años luz, será más eficaz que las observaciones del espectro electromagnético. Los ruidos locales de la Tierra inhiben las ondas gravitatorias de baja frecuencia; por ejemplo, incluso estando a cientos de kilómetros del océano, el efecto de las olas que azotan la costa puede afectar a las mediciones. Por este motivo, su búsqueda debe realizarse desde el espacio.
Las ondas gravitatorias son propagaciones del espacio-tiempo predichas por Albert Einstein en su teoría de la relatividad general. Detectar ondas gravitatorias aportaría nuevos conocimientos sobre la teoría general y permitiría a los científicos determinar el impacto de los fenómenos astronómicos que han sido calificados de posibles causas de la ligera distorsión en el propio tejido del espacio. Mientras que los detectores terrestres ya están siendo empleados para tratar de identificar las ondas gravitatorias de alta frecuencia, las misiones espaciales intentarían buscar frecuencias entre los 10-4 y los 10-1 Hz. Estos datos se ajustan a fenómenos galácticos como la fusión de agujeros negros supermasivos.
LISA Pathfinder está diseñada para poner a prueba una de las ideas clave tras los detectores de ondas gravitatorias, que las partículas libres siguen líneas geodésicas de espacio-tiempo. Esta misión es capaz de demostrar de forma más exhaustiva lo que se ha realizado hasta ahora gracias al seguimiento de dos masas de prueba en caída libre, utilizando interferometría láser con resolución de un picómetro. Se han desarrollado varios avances tecnológicos nuevos cuyo objetivo es, en primer lugar, aislar las masas de prueba de fuerzas externas cuando se encuentren en el espacio y, secundariamente, permitir que el interferómetro de la misión realice mediciones de distancias sumamente reducidas.
LISA Pathfinder no es capaz de detectar por sí misma ondas gravitatorias, pues el impacto de las mismas es tan reducido que las masas de prueba necesitarían estar a millones de kilómetros de distancia en lugar de los 38 cm posibles a bordo de LISA Pathfinder. En realidad, una onda gravitatoria de baja frecuencia provocaría un movimiento de 10-21 m en una barra de 1 m (órdenes de magnitud inferiores a un núcleo atómico de 10-15 m). Utilizando un interferómetro espacial, un brazo podría actuar como una barra de 5 x 106 km de largo, creando el efecto de una onda gravitatoria de baja frecuencia que puede medirse.
LISA Pathfinder está diseñada para ser la nave más discreta que se haya lanzado jamás, no presenta la típica estructura de carga útil, puesto que la nave en su totalidad es parte del experimento. Sin embargo, la carga útil tiene dos partes diferenciadas: el paquete tecnológico LISA (LTP), formado por sensores de inercia, lectura interferométrica, ordenador de carga útil y sistema de diagnóstico —todos ellos proporcionados por empresas europeas, institutos de investigación y la ESA—, y por el sistema de reducción de ruido (DRS) creado por la NASA, que contiene un procesador que ejecuta un software de control de resistencia y propulsores coloidales en micronewtons.
La misión, creada por la ESA, lleva un sistema de propulsión de gas frío, desarrollado en su origen para la misión Gaia, así como un sistema de control de resistencia y posición (DFACS). El satélite debe mantener su posición alrededor de las dos masas de prueba, que no deben experimentar ningún tipo de fuerza que actúe sobre ellas. Las masas de prueba son cubos de aleación de oro y platino y funcionan como espejos para el interferómetro y como referencias para el DFACS.
El lanzamiento de LISA Pathfinder está previsto para 2015. La puesta en órbita operativa y las fases iniciales de puesta a punto y calibración tendrán una duración aproximada de tres meses. Posteriormente, tendrá lugar el vuelo de demostración de la tecnología experimental. Las operaciones científicas se dividirán en dos bloques: 90 días para el LTP y 90 para el DRS. Los primeros resultados estarán disponibles para la comunidad científica aproximadamente tres meses después que LISA Pathfinder haya logrado entrar en órbita operativa.
LISA Pathfinder es una misión pionera: será el primer laboratorio gravitatorio en órbita de alta calidad para misiones de física fundamental. Realizará el primer seguimiento de cuerpos en órbita en el espacio a través de interferometría láser de alta precisión: será el primer vuelo de formación en nanómetros y subnanómetros de cuerpos en órbita, y será la primera vez que masas de prueba de este tipo se desplacen libremente por el espacio a varios milímetros de los elementos que les rodean sin entrar en contacto mecánico con ellos.
El nombre LISA procede de Laser Interferometer Space Antenna (antena espacial de interferómetro láser), un concepto que anteriormente se empleaba para el observatorio espacial de ondas gravitatorias y actualmente se utiliza para describir un tipo de misión basada en el concepto original de LISA. LISA Pathfinder pondrá a prueba las tecnologías fundamentales para las futuras misiones espaciales de LISA, que estudiarán el universo gravitatorio.
