Il 7 dicembre, LISA Pathfinder ha iniziato la fase estesa della sua missione, altri sei mesi durante i quali scienziati e ingegneri spingeranno l'esperimento ai suoi limiti in preparazione del futuro osservatorio spaziale delle onde gravitazionali dell'ESA.

LISA esploratore, una missione dimostrativa per convalidare importanti tecnologie per osservare le onde gravitazionali - fluttuazioni nel tessuto dello spaziotempo - dallo spazio, è stato lanciato poco più di un anno fa, il 3 dicembre 2015.

Dopo un viaggio di sei settimane, la navicella ha raggiunto la sua orbita operativa attorno al primo punto di Lagrange Sole-Terra, L1 – 1,5 milioni di km di distanza dalla Terra verso il Sole – alla fine di gennaio. Là, a seguito della messa in servizio della strumentazione di bordo, LISA Pathfinder ha iniziato la sua missione scientifica il 1° marzo.

Con grande sorpresa della squadra, non ci è voluto tutto il tempo previsto per raggiungere l'obiettivo della missione:dimostrare che due masse di prova – una coppia di cubi identici in oro-platino – possono essere posizionate nella caduta libera più precisa mai eseguita. Infatti, il livello di precisione desiderato era già stato ottenuto entro il primo giorno delle operazioni scientifiche di LISA Pathfinder.

Nei mesi successivi, scienziati e ingegneri hanno continuato a migliorare le prestazioni dell'esperimento. Hanno descritto questi primi risultati, compresa un'analisi delle fonti residue di disturbo sul moto quasi perfetto di caduta libera dei cubi, in un articolo pubblicato all'inizio di giugno in Lettere di revisione fisica .

Quindi, il 25 giugno, la prima fase operativa, utilizzando il pacchetto tecnologico LISA (LTP), è stato completato. L'LTP è un carico utile europeo costituito dalle masse di prova, sensori inerziali, e interferometro laser, e utilizza una serie di propulsori micronewton a gas freddo per spostare il satellite e mantenerlo centrato sui cubi, in risposta a forze esterne e interne che li colpiscono.

Le operazioni sono proseguite con il Disturbance Reduction System (DRS) della NASA, un ulteriore esperimento che riceve input di misura dai sensori inerziali dell'LTP ma impiega i propri propulsori a micronewton basati sulla tecnologia colloidale.

A seguito del completamento delle operazioni di DRS, la missione estesa di LISA Pathfinder è iniziata il 7 dicembre 2016, alle 09:00 CET (08:00 UTC). Durerà fino al 31 maggio 2017, utilizzando sia i payload LTP che DRS.

"Finora, siamo stati impegnati a dimostrare le prestazioni di LISA Pathfinder, che è andata costantemente migliorando con il passare del tempo, "dice Paul McNamara, LISA Pathfinder Project Scientist presso l'ESA, "ma ora possiamo trascorrere i prossimi sei mesi imparando tutto ciò che dobbiamo sapere per costruire e far funzionare un osservatorio di onde gravitazionali nello spazio".

Lo scorso ottobre, L'ESA ha pubblicato un bando invitando gli scienziati europei a proporre concetti per la terza grande missione (L3) nel suo piano Cosmic Vision, che sarà un osservatorio spaziale per studiare l'Universo gravitazionale. La selezione dovrebbe avvenire nella prima metà del 2017, con una fase preliminare di studio interno prevista per la fine dell'anno.

Il futuro osservatorio rileverà onde gravitazionali con frequenze da 1 Hz fino a 0,1 mHz. Queste sono da cento a un milione di volte inferiori alle frequenze delle onde che possono essere misurate con esperimenti a terra come il Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), che ha ottenuto la prima rilevazione diretta delle onde gravitazionali nel settembre 2015.

Durante la missione estesa di LISA Pathfinder, il team eseguirà una serie di esperimenti di lunga durata per caratterizzare meglio le prestazioni della missione, specialmente alle frequenze più basse che saranno sondate dal futuro osservatorio.

"Siamo entusiasti di spingere i limiti di LISA Pathfinder, un laboratorio di fisica unico nello spazio che ci dà la certezza che possiamo sicuramente costruire un osservatorio spaziale delle onde gravitazionali", dice Oliver Jennrich, LISA Pathfinder vice scienziato di missione e scienziato di studio L3 presso l'ESA.

Una delle operazioni che verranno tentate nelle prossime settimane riguarda le manovre di station-keeping che gli operatori di missione stanno regolarmente effettuando per mantenere il satellite sulla sua orbita operativa.

LISA Pathfinder orbita intorno a L1, ma se lasciato incustodito, si allontanerebbe lentamente dal punto lagrangiano sotto l'attrazione gravitazionale della Terra. Per evitarlo, è sufficiente accendere i propulsori micro-newton una volta ogni una o due settimane.

Dal 25 dicembre al 14 gennaio, però, il team ha deciso di non applicare manovre correttive. Ciò consentirà agli scienziati di eseguire esperimenti ininterrotti per quasi tre settimane, esplorando ciò che accade nella gamma di frequenze molto basse che sono di interesse per rilevare le onde gravitazionali dallo spazio.

Un altro esperimento riguarda frequenze leggermente più alte, circa 1–60 mHz. A queste frequenze, la principale fonte di disturbo sembra essere costituita dalle molecole di gas presenti negli involucri della massa di prova e che rimbalzano sui due cubi, un effetto che si è ridotto man mano che più molecole vengono scaricate nello spazio.

Il team è ora curioso di vedere se sotto si nascondono ulteriori fonti di rumore, qualcosa che sarà importante per la futura missione L3. Un possibile modo per testarlo consiste semplicemente nell'aspettare che la maggior parte delle molecole venga scaricata nello spazio, ma c'è un'alternativa:spegnere molti dei riscaldatori di bordo, abbassando la temperatura di dieci gradi, e riducendo così la pressione all'interno della custodia. Il team eseguirà questo esperimento alla fine di gennaio.

Questi sono alcuni esempi della gamma di esperimenti che verranno condotti durante la missione estesa di LISA Pathfinder. Infine, alla fine della missione, la navicella verrà spinta dolcemente verso un'orbita eliocentrica.