Questa illustrazione mostra l'osservatorio LISA dell'ESA (l'Agenzia spaziale europea), una missione multi-astronave per studiare le onde gravitazionali che dovrebbe essere lanciata nel 2034. Nel concetto di missione, LISA consiste di tre veicoli spaziali in una formazione triangolare che copre milioni di chilometri. Le masse di prova nei veicoli spaziali su ciascun braccio della formazione saranno collegate tra loro da laser per rilevare il passaggio delle onde gravitazionali. Credito:AEI/Milde Marketing/Exozet
L'ESA (l'Agenzia spaziale europea) ha selezionato la Laser Interferometer Space Antenna (LISA) per la sua terza missione di grande classe nel programma scientifico Cosmic Vision dell'agenzia. La costellazione di tre veicoli spaziali è progettata per studiare le onde gravitazionali nello spazio ed è un concetto a lungo studiato sia dall'ESA che dalla NASA.
Il comitato del programma scientifico dell'ESA ha annunciato la selezione in una riunione il 20 giugno. La missione sarà ora progettata, preventivato e proposto per l'adozione prima dell'inizio della costruzione. LISA dovrebbe essere lanciato nel 2034. La NASA sarà partner dell'ESA nella progettazione, sviluppo, operazioni e analisi dei dati della missione.
La radiazione gravitazionale è stata prevista un secolo fa dalla teoria della relatività generale di Albert Einstein. Enormi oggetti in accelerazione come la fusione di buchi neri producono onde di energia che si increspano attraverso il tessuto dello spazio e del tempo. La prova indiretta dell'esistenza di queste onde è arrivata nel 1978, quando i sottili cambiamenti osservati nel movimento di una coppia di stelle di neutroni orbitanti hanno mostrato che l'energia stava lasciando il sistema in una quantità corrispondente alle previsioni di energia trasportata dalle onde gravitazionali.
A settembre 2015, queste onde sono state rilevate per la prima volta direttamente dal Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) della National Science Foundation. Il segnale è nato dalla fusione di due buchi neri di massa stellare situati a circa 1,3 miliardi di anni luce di distanza. Da allora sono stati rilevati segnali simili da altre fusioni di buchi neri.
sismico, le sorgenti termiche e di altro rumore limitano LIGO alle onde gravitazionali a frequenza più elevata intorno a 100 cicli al secondo (hertz). Ma trovando segnali da eventi più potenti, come fusioni di buchi neri supermassicci in galassie in collisione, richiede la capacità di rilevare frequenze molto inferiori a 1 hertz, un livello di sensibilità possibile solo dallo spazio.
LISA consiste di tre veicoli spaziali separati da 1,6 milioni di miglia (2,5 milioni di chilometri) in una formazione triangolare che segue la Terra nella sua orbita attorno al sole. Ogni veicolo spaziale trasporta masse di prova schermate in modo tale che l'unica forza a cui rispondono è la gravità. I laser misurano le distanze per testare le masse in tutti e tre i veicoli spaziali. Piccoli cambiamenti nelle lunghezze di ciascun braccio di due veicoli spaziali segnalano il passaggio delle onde gravitazionali attraverso la formazione.
Per esempio, LISA sarà sensibile alle onde gravitazionali prodotte da fusioni di buchi neri supermassicci, ciascuno con milioni o più volte la massa del sole. Sarà anche in grado di rilevare le onde gravitazionali provenienti da sistemi binari contenenti stelle di neutroni o buchi neri, facendo restringere le loro orbite. E LISA potrebbe rilevare uno sfondo di onde gravitazionali prodotte durante i primi istanti dell'universo.
Per decenni, La NASA ha lavorato per sviluppare molte tecnologie necessarie per LISA, compresa la misurazione, micropropulsione e sistemi di controllo, nonché supporto per lo sviluppo di tecniche di analisi dei dati.
Ad esempio, la missione GRACE Follow-On, una collaborazione tra Stati Uniti e Germania per sostituire i vecchi satelliti GRACE programmati per il lancio alla fine di quest'anno, porterà un sistema di misurazione laser che eredita alcune delle tecnologie originariamente sviluppate per LISA. L'interferometro laser della missione traccerà le variazioni di distanza tra i due satelliti con una precisione senza precedenti, fornendo la prima dimostrazione della tecnologia nello spazio.
Nel 2016, LISA Pathfinder dell'ESA ha dimostrato con successo le tecnologie chiave necessarie per costruire LISA. Ciascuno dei tre veicoli spaziali di LISA deve volare dolcemente intorno alle sue masse di prova senza disturbarle, un processo chiamato volo senza trascinamento. Nei primi due mesi di attività, LISA Pathfinder ha dimostrato questo processo con una precisione circa cinque volte superiore ai requisiti della missione e in seguito ha raggiunto la sensibilità necessaria per l'intero osservatorio multi-veicolo. I ricercatori statunitensi hanno collaborato per anni su aspetti di LISA Pathfinder, e la missione porta un esperimento fornito dalla NASA chiamato ST7 Disturbance Reduction System, che è gestito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA a Pasadena, California.
