Las palabras de David Reitze el pasado jueves ("We have detected gravitational waves. We did it!") dejaron al mundo conmocionado durante días. Después de cien años, los científicos detectaban por primera vez de forma directa una perturbación del espacio-tiempo y abrían el camino a una nueva forma de observar el universo. Mientras esto sucedía, una pequeña nave espacial de forma hexagonal se movía a 1,5 millones de kilómetros de la Tierra con un objetivo complementario e igual de espectacular: abrir el camino para la detección de las ondas gravitacionales desde el espacio.
Los cubos de oro y platino ya flotan libres en el interior de LISA Pathfinder
La misión LISA Pathfinder, lanzada por la ESA en diciembre de 2015, es el paso previo para configurar un gran detector de ondas gravitacionales en el espacio a partir de 2034. El objetivo de este observatorio, que se ha bautizado como eLISA, es detectar las perturbaciones de menor frecuencia en el espacio-tiempo y que no se pueden registrar desde nuestro planeta. El sistema sigue los mismos principios que el experimento LIGO, solo que en esta ocasión no son dos brazos de láser en forma de L, sino tres satélites situados a una distancia de un millón de kilómetros entre ellos los que se conecten con un láser para detectar cualquier alteración de las distancias producidas por una onda gravitacional, como si tejieran una tela de araña espacial.
"Estos días me preguntan si es malo para nosotros que LIGO ya haya descubierto la señal de ondas gravitacionales, pero es justo al contrario: ¡nos viene de perlas!", explica el español César García Marirrodriga en conversación telefónica desde el Centro Europeo de Operaciones Espaciales en Darmstadt, Alemania. "Si no se hubiesen detectado, estaríamos lanzando una misión al espacio sin saber siquiera si el fenómeno físico existe o es detectable, así que nos viene de maravilla". García Marirrodriga es el jefe de la misión LISA Pathfinder y el encargado de que todos los detalles funcionen a la perfección para poder diseñar el futuro observatorio. Justo ayer se completaba la parte más compleja, que consiste en liberar dos pequeñas masas que sirven como referencia dentro de la nave para comprobar que todo permanece estable y distinguir la señal que se busca.
Para entenderlo de manera sencilla, en cada una de las tres naves que se conecten entre sí deberá haber una especie de estabilizador que garantice que el sistema se mueve de forma conjunta y sin cambios que distorsionen la señal. Igual que en LIGO debían garantizar que los espejos del detector no se movieran por culpa de las vibraciones terrestres, en el interior de los satélites habrá dos pequeños cubos de oro y platino que flotarán libres uno respecto al otro sin variar su distancia y sin alteraciones de ningún tipo. Y lo que viaja en el interior de la LISA Pathfinder es el prototipo de ese sistema para perfeccionarlo en el futuro. "Las masas son muy densas y por eso hay que mantenerlas sujetas durante el lanzamiento, para que no se dañen", explica Marirrodriga. "Hace dos semanas soltamos el primer 'cerrojo', el primer mecanismo de sujeción, y ayer soltamos por vez primera las dos masas, de modo que ya están flotando dentro del satélite. Ésta es la operación más crítica dentro de la misión y es la primera vez que se hace en la historia".
En este momento, los dos cubos de 4,6 cm de lado flotan dentro de la Pathfinder, pero aún están bajo el control de los científicos en tierra gracias a unas pequeñas fuerzas electrostáticas que los colocan en la posición deseada. "Hacemos esto para que sigan centradas; pero la semana que viene quitaremos esas pequeñas fuerzas y entonces lo que haremos será medir la distancia entre la masa y sus paredes. Y para que no choquen lo que hacemos es mover el satélite alrededor, con pequeños microcohetes", explica a Next el jefe de la misión. Como sucede con LIGO, la precisión del experimento es extrema y las medidas para evitar cualquier tipo de "ruido" en la señal son la clave del éxito.
Se han tenido en cuenta todas las posibles distorsiones que pueden afectar a la señal
Los cubos, que son diminutos pero pesan casi 2 kilos, se han hecho en oro y platino por las características electromagnéticas de los materiales, de modo que no interfieran entre sí ni con los aparatos. Entre ellos y las paredes del satélite hay una distancia de unos milímetros que debe permanecer constante y que es medida mediante un sistema de interferometría basado en varios haces de láser. Si los cubos se cargan por efecto de la radiación espacial, un sistema de luz ultravioleta los descargará, y para evitar que la propia luz del sol afecte a la posición de la nave, las variaciones térmicas se vigilan con una precisión extrema (no puede variar más de 10-5 grados Celsius en un periodo de diez horas). Los científicos también han tenido en cuenta el propio efecto de la gravedad entre los cubos y el satélite y los campos eléctricos de los paneles solares, diseñados para que se anulen entre sí. El sistema también trabaja en estrictas condiciones de vacío para evitar que cualquier molécula interfiera con esas masas de referencia.
¿Qué diferencias hay entre este experimento y el de LIGO? "En tierra hay ventajas y desventajas", asegura Marirrodriga. Una ventaja es que puedes hacer unos instrumentos muy largos y tener un láser de mucha potencia, algo que en el espacio está limitado por la ausencia de potentes fuentes de energía. "Además, en tierra, cuando hay algo que no funciona bien mandas a los técnicos y hacen un ajuste", asegura el español. "Y eso en el espacio no se puede hacer". En cuanto a las desventajas de LIGO, prosigue, "la principal es que la Tierra se mueve, y el instrumentos es tan sensible que detecta el movimiento del mar en las mareas, el movimiento de las placas tectónicas, de las personas y los camiones cerca de los instrumentos.... Todo esto hace que haya un nivel de ruido muy alto". En el espacio, sin embargo, todos estos problemas se los ahorran.
Pero la diferencia más interesante desde el punto de vista científico está en el tipo de señales que podrán detectar. "Lo que se mide en la Tierra solo ondas gravitacionales de alta frecuencia, fenómenos como la fusión de dos agujeros negros, dos cuerpos que pesan 30 veces lo que pesa el sol y que giran alrededor del otro unas 10 veces por segundo", explica Marirrodriga. En LISA, en cambio, se podrán detectar ondas gravitacionales de menor frecuencia, lo que quiere decir que se podrá ver ese mismo fenómeno desde otra perspectiva temporal e incluso fenómenos distintos. "La medida detectada por LIGO dura 0,2 segundos, esa toda la señal sobre la que se basa el gran descubrimiento", recuerda el jefe de la misión. "En LISA, en cambio, se podrá tomar la medida de muchas horas, de varios días antes de la fusión de los agujeros negros. En vez de ser una fuente puntual se van a poder ver señales que duran muchos días; es como mirar al cielo y ver estrellas, puedes ver la evolución de forma permanente".
César Marirrodriga durante el lanzamiento en diciembre de 2015 (ESA)
Podremos observar los agujeros negros en el centro de las galaxias.
Las posibilidades que se abren con un detector como LISA son muy interesantes. Según Marirrodriga, ya no solo detectaremos sistemas binarios des agujeros negros como el observado por LIGO, sino que veremos, por ejemplo, "un agujero tragándose una estrella normal, tragando una estrella de neutrones, o colisiones, sistemas de agujeros negros cósmicos, que son los que están en el centro de las galaxias". Todos estos son fenómenos que generan ondas gravitacionales de baja frecuencia pero muy intensas, y que debido a sus características LIGO no podría detectar. "El gran reto", resume el español, "es ganar confianza en que somos capaces de detectar ondas gravitacionales en el espacio. Ese salto nos permitirá observar el universo de una manera radicalmente diferente a como se ha hecho hasta ahora, que ha sido a través de luz".
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