Antena espacial de interferómetro láser

La antena espacial de interferómetro láser (del  inglés  - "Laser Interferometric Space Antenna") es un proyecto de un  detector de ondas gravitacionales espaciales . El proyecto comenzó originalmente bajo el nombre de LISA como un proyecto conjunto entre la Agencia Espacial Europea y la NASA . Sin embargo, en 2011, la NASA, ante problemas financieros, anunció que ya no podía participar en el desarrollo de LISA [1] . Se ha propuesto un diseño reducido para el proyecto LISA llamado Nuevo Observatorio de Ondas Gravitacionales (ONG) como la próxima gran misión del programa Cosmic Vision [2]. En junio de 2017, la misión fue finalmente aprobada por la ESA.

Corrientemente[ ¿cuándo? ] el experimento está en etapa de diseño, el tiempo estimado de lanzamiento es 2034 [3] [4] . La duración estimada del experimento es de 5 años, con posibilidad de prórroga hasta 10 años.

En diciembre de 2015, se lanzó el satélite LISA Pathfinder para probar algunas soluciones para equipos LISA. La prueba fue exitosa y, en abril de 2016, el Consejo Asesor del Observatorio Gravitacional evaluó la implementación del proyecto LISA y recomendó que la Agencia Espacial Europea, responsable de la creación del dispositivo, pospusiera el lanzamiento de 2034 a 2029 [5] , sin embargo , el tiempo de lanzamiento estimado se mantuvo sin cambios - 2034 .

Objetivos del proyecto

El proyecto LISA tiene como objetivo el estudio de las ondas gravitacionales mediante interferometría láser a distancias astronómicas. Las mediciones se llevarán a cabo utilizando tres naves espaciales ubicadas en los vértices de un triángulo regular. Los dos lados de este triángulo de 1 millón de kilómetros [6] formarán los brazos del interferómetro gigante de Michelson . Cuando una onda gravitatoria distorsiona la estructura del espacio-tiempo entre dos naves espaciales, es posible medir los cambios relativos en la longitud de los brazos del interferómetro a partir del cambio de fase del rayo láser, a pesar de la pequeñez de este efecto.

El objetivo del proyecto no es solo detectar ondas gravitacionales, sino también medir su polarización , así como la dirección a su fuente. Así, el objetivo final del proyecto es cartografiar el cielo con una resolución angular del orden de varios grados mediante el estudio de la radiación gravitacional de baja frecuencia. En caso de que el experimento funcione con éxito durante varios años, la resolución de las fuentes de ondas gravitacionales de alta frecuencia (con períodos inferiores a 100 segundos) se puede mejorar a varios minutos de arco [7] .

Dispositivo

Se supone que debe crear una constelación de tres unidades idénticas (dispositivos, S / C), cada una de las cuales estará ubicada en uno de los vértices de un triángulo equilátero con un lado de 2,5 millones de kilómetros. Debido a las perturbaciones de las fuerzas de marea del lado de los cuerpos celestes del sistema solar, el triángulo de la constelación se "aflojará" con una amplitud de unos 50.000 km. Pero a pesar de estas perturbaciones, se espera que mida los desplazamientos relativos de las unidades con una precisión de picómetro (el valor absoluto de las distancias en sí se medirá con una precisión de unos 10 cm). Los autores del desarrollo indican que el impacto de los cuerpos del Sistema Solar será, aunque enorme en amplitud, será posible restarlo durante el procesamiento de datos, ya que el impacto de las fuerzas de marea es suave y tiene un orden temporal característico medido. en meses, mientras que el detector LISA se concentra en buscar señales en el rango de los milihercios (MHz). Una solución interesante es la comunicación entre los dispositivos mediante los mismos rayos láser que se utilizan para tareas científicas. Se espera que la información recopilada en los tres vehículos simultáneamente se transmita a través de rayos láser a una de las unidades de la constelación y luego se lance a la Tierra al menos una vez al día. Se advierte que debido a las gigantescas distancias entre los vehículos sería imposible utilizar reflectores pasivos. En cambio, cada unidad funciona como un transpondedor activo .

Al inicio del desarrollo de la misión LISA, las mayores dudas sobre la viabilidad del programa estaban provocadas por influencias no gravitatorias que podían desplazar unidades en el espacio de forma impredecible. Un ejemplo de tales influencias es la presión del viento solar. Para compensarlos, cada unidad está equipada con un par de sensores de aceleración lineal. Estos sensores miden aceleraciones proyectadas sobre uno de los ejes 3D. El principio de funcionamiento de los sensores se basa en la observación de un cuerpo de prueba flotando libremente en ingravidez, protegido de cualquier influencia externa. La posición del cuerpo de prueba es rastreada por un pequeño interferómetro láser separado. Los cuerpos de prueba dentro de los sensores de aceleración pueden desplazarse libremente a lo largo del eje del sensor (la dirección de trabajo del sensor), en las otras dos direcciones estos cuerpos están rígidamente fijados por fuerzas electrostáticas. Así, un par de sensores en cada uno de los dispositivos es suficiente para que las unidades se muevan de forma absolutamente inercial en el plano de la constelación, mientras que las aceleraciones en la dirección perpendicular a este plano no se compensan de ninguna manera y no interfieren con el trabajo científico de la dispositivos. Para desarrollar y probar estos sensores de aceleración, se creó la misión LISA Pathfinder, cuya finalización con éxito precedió a la aprobación del proyecto LISA [8] .

Un dato curioso es el hecho de que la masa de prueba de los acelerómetros es aproximadamente un cubo de 46 mm de dos kilogramos hecho de metales preciosos, una aleación de oro y platino y chapado en oro. Se eligieron materiales tan caros debido a su alta densidad, baja sensibilidad magnética, superficie electroestáticamente homogénea e inerte.

Exploradora de LISA

El proyecto LISA Pathfinder, anteriormente conocido como SMART-2 ( Pequeñas Misiones para la Investigación Avanzada en Tecnología-2 ), es un satélite de prueba en el que se probaron las soluciones técnicas necesarias para un experimento a gran escala. El LISA Pathfinder se lanzó el 3 de diciembre de 2015 [9] . La lista de equipos científicos LISA Pathfinder incluía dos acelerómetros ultraprecisos, una comparación de las lecturas que no mostró discrepancias significativas y, por lo tanto, confirmó la viabilidad del proyecto LISA con las tecnologías existentes.

eLisa y varias variantes

La misión original (LISA 2008) supuso longitudes de brazo de interferómetro de 5 millones de kilómetros [10] . La misión reducida propuesta en 2013 asumía arcenes de 1 millón de kilómetros, y se denominó eLISA [11] . La misión LISA, aprobada en 2017, supone un hombro de 2,5 millones de kilómetros [12] .

Proyectos relacionados

Si bien LISA está claramente por delante de los proyectos de la competencia, hay una serie de otros proyectos y propuestas similares:

• ALIA es una misión discutida por científicos chinos, similar a LISA. Se espera que sea una versión ligeramente mejor de LISA [13] .
• DECIGO es una misión japonesa en discusión [14] . B-DECIGO es una misión para probar sus tecnologías clave (pathfinder).
• µAres, el concepto discutido de un interferómetro de enorme tamaño, comparable al tamaño de la órbita de Marte (Ares), no puede implementarse antes de 2050.
• BBO es una opción de antena altamente sensible en discusión y es posible que no se implemente hasta 2050 como muy pronto.

• GRACE-FO: similar en términos de tecnologías utilizadas, pero significativamente diferente en términos de enfoque científico, es el proyecto GRACE. El equipo de LISA señala que el lanzamiento (próximo en el momento de la publicación de LISA) de la nave espacial GRACE -FO (GRACE Follow-On) que utiliza interferometría láser para medir con precisión el campo gravitatorio de la Tierra creará un valioso legado para la implementación de LISA. A su vez, el equipo de GRACE observa el legado de LISA (probablemente estemos hablando de las tecnologías LISA Pathfinder utilizadas en GRACE) [8] .

Véase también

• Detectores de ondas gravitacionales

Notas

1. ↑ Solicitud de presupuesto del presidente para el año fiscal 2012 . NASA/Gobierno Federal de EE.UU. Consultado el 4 de marzo de 2011. Archivado desde el original el 3 de marzo de 2011. (indefinido)
2. ↑ Amaro-Seoane, Pau; Aoudia, Sofiane; Babak, Stanislav; Binétruy, Pierre; Berti, Emanuele; Bohe, Alejandro; Caprini, Chiara; Colpi, Mónica; Cornish, Neil J; Danzmann, Karsten; Dufaux, Jean-François; Gair, Jonathan; Jennrich, Oliver; Jetzer, Philippe; Klein, Antoine; Lang, Ryan N; Lobo, Alberto; Littenberg, Tyson; McWilliams, Sean T; Nelemans, Gijs; Petiteau, Antoine; Porter, Edward K; Schutz, Bernard F.; Sesana, Alberto; Stebbins, Robin; Sumner, Tim; Vallisneri, Michele; Vitale, Stefano; Volonteri, Marta; Ward, Henry (21 de junio de 2012). “Ciencia de ondas gravitacionales de baja frecuencia con eLISA/NGO”. Gravedad Clásica y Cuántica . 29 (12): 124016. arXiv : 1202.0839 . Código Bib : 2012CQGra..29l4016A . DOI : 10.1088/0264-9381/29/12/124016 .
3. ↑ Seleccionado: The Gravitational Universe - ESA decide sobre los próximos grandes conceptos de misión Archivado el 3 de diciembre de 2013.
4. ↑ La nueva visión de la ESA para estudiar el universo invisible . Consultado el 15 de mayo de 2014. Archivado desde el original el 14 de octubre de 2018. (indefinido)
5. ↑ Se propuso acelerar el lanzamiento del observatorio gravitatorio eLISA . Consultado el 18 de abril de 2016. Archivado desde el original el 6 de mayo de 2016. (indefinido)
6. ↑ Artículos | Observatorio de ondas gravitacionales eLISA . www.elisascience.org. Consultado el 25 de febrero de 2016. Archivado desde el original el 5 de diciembre de 2013. (indefinido)
7. ↑ Folleto sobre el proyecto LISA (en inglés) . Consultado el 15 de abril de 2007. Archivado desde el original el 8 de mayo de 2009. (indefinido)
8. ↑ 1 2 Copia archivada . Consultado el 26 de abril de 2021. Archivado desde el original el 26 de abril de 2021. (indefinido)
9. ↑ ESA lanza con éxito el módulo de investigación LISA Pathfinder en órbita , Euronews  (3 de diciembre de 2015). Archivado desde el original el 4 de diciembre de 2015. Consultado el 3 de diciembre de 2015.
10. ↑ Byer, Robert L. (5 al 6 de noviembre de 2008). LISA: Vuelo en formación sin arrastre a 5 millones de kilómetros (PDF) . Stanford 2008 Simposio de Navegación de Posición y Tiempo. SLAC . Archivado el 4 de septiembre de 2021 en Wayback Machine .
11. ↑ Wang, Pandilla; Ni, Wei-Tou (febrero de 2013). “Simulación numérica de interferometría de retardo de tiempo para eLISA/NGO”. Gravedad Clásica y Cuántica . 30 (6): 065011.arXiv : 1204.2125 . Código Bib : 2013CQGra..30f5011W . DOI : 10.1088/0264-9381/30/6/065011 .
12. ↑ Cornualles, Neil; Robson, Travis (29 de marzo de 2017). “Ciencia binaria galáctica con el nuevo diseño LISA”. Journal of Physics: Serie de conferencias . 840 (1): 012024. arXiv : 1703.09858 . Código Bib : 2017JPhCS.840a2024C . DOI : 10.1088/1742-6596/840/1/012024 .
13. ↑ [https://web.archive.org/web/20210428211200/https://arxiv.org/abs/1410.7296 Archivado el 28 de abril de 2021 en Wayback Machine [1410.7296] Descope of the ALIA mission]
14. ↑ [https://web.archive.org/web/20210428214758/https://arxiv.org/abs/2006.13545 Archivado el 28 de abril de 2021 en Wayback Machine [2006.13545] Estado actual de la antena de ondas gravitacionales espaciales DECIGO y B- DECIGO]

Enlaces

• Sobre el proyecto LISA en el sitio web de la NASA
• Sobre el proyecto LISA en la web de la Agencia Espacial Europea
• S. Popov y M. Prokhorov. Olas fantasmas del Universo. "La vuelta al mundo", 2007, nº 2.
• Representación visual del experimento.

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