I risultati finali del satellite dell'ESA LISA Pathfinder (LPF) sono stati pubblicati oggi. Utilizzando i dati raccolti prima della fine della missione nel luglio 2017, il team LPF, che comprende ricercatori del Max Planck Institute for Gravitational Physics di Hannover e della Leibniz Universität Hannover, ha migliorato significativamente i primi risultati pubblicati a metà 2016. LPF ora ha superato i requisiti per le tecnologie chiave per LISA, il futuro osservatorio di onde gravitazionali nello spazio, di più di un fattore due sull'intera banda di osservazione. LISA dovrebbe essere lanciato nello spazio nel 2034 come missione dell'ESA e "ascolterà" le onde gravitazionali a bassa frequenza provenienti dalla fusione di buchi neri supermassicci nell'intero Universo e decine di migliaia di stelle binarie nella nostra galassia.

Uno spettacolo da vedere

"LISA Pathfinder ha dimostrato magnificamente le tecnologie chiave per LISA, il futuro osservatorio delle onde gravitazionali nello spazio:la perfetta caduta libera indisturbata di due masse cubiche di prova all'interno del veicolo spaziale, " afferma il prof. Karsten Danzmann, direttore del Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute, AEI) e direttore dell'Istituto di Fisica Gravitazionale della Leibniz Universität Hannover, che è anche il Co-Principal Investigator del LISA Technology Package. "Siamo rimasti stupefatti dai risultati nelle prime settimane della missione, ma i nostri risultati finali utilizzando dati migliori e più numerosi e una comprensione più profonda del nostro laboratorio spaziale LPF sono davvero uno spettacolo da vedere".

Mentre i primi risultati LPF hanno già superato i requisiti LISA alle alte frequenze (sopra 0,01 Hz), la nuova pubblicazione mostra che i requisiti sono superati di oltre un fattore due fino a 0,00002 Hz, l'intera banda di frequenza LISA.

Due cubi oro-platino nel posto più tranquillo dello spazio

Una combinazione di diversi effetti ha permesso ai ricercatori LPF di migliorare ulteriormente i risultati iniziali, ridurre le restanti fonti di rumore, e creare un ambiente ancora più silenzioso per le due masse di prova cubiche oro-platino:

• Dopo diversi mesi di sfiato nello spazio delle camere a vuoto di massa di prova, la loro pressione residua del gas, che in precedenza limitava le misurazioni, è scesa di un fattore 10.
• La disponibilità di più dati ha migliorato la comprensione della piccola forza d'inerzia che agisce sui cubi causata dall'orbita del veicolo spaziale e di come è stato orientato nello spazio. Un migliore controllo in LISA eliminerà ulteriormente questo effetto.
• Un calcolo più accurato delle forze elettrostatiche degli impianti elettrici di bordo e dei campi magnetici ha ora eliminato anche una sistematica sorgente di rumore a bassa frequenza.
• L'analisi statistica ha permesso agli scienziati di rimuovere gli effetti di ulteriori eventi sporadici ("glitch") per misurare il rumore a frequenze ancora più basse del previsto.

Questa dimostrazione della caduta libera quasi perfetta di due masse di prova su un'ampia banda di frequenza è un punto di riferimento fondamentale per la missione LISA e la futura astronomia multi-messaggero in collaborazione con altri osservatori (onde elettromagnetiche).

Il primo interferometro laser nello spazio

Inoltre, l'interferometro laser, il primo in assoluto nello spazio, ha funzionato più di 100 volte meglio dei suoi requisiti, e 30 volte meglio che mai nei laboratori a terra. Ha consentito l'indagine dettagliata di sottili sorgenti di rumore e artefatti, accumulando così ulteriormente esperienza e rafforzando la fiducia nell'interferometria laser per LISA. La costruzione del preciso sistema di misurazione ottica è stata guidata dagli scienziati della Max Planck e dai ricercatori della Leibniz Universität di Hannover.

Il futuro dell'astronomia delle onde gravitazionali con LISA

LISA è previsto per il lancio nello spazio nel 2034 come missione dell'Agenzia spaziale europea (ESA). È supportato da molti Stati membri dell'ESA, dalla NASA e da molti scienziati che lavorano insieme attraverso l'Atlantico.

LISA consisterà di tre satelliti che si estendono su un triangolo equilatero con ciascun lato lungo 2,5 milioni di chilometri. Le onde gravitazionali che attraversano il volo di formazione nello spazio cambiano queste distanze di un trilionesimo di metro.

LISA misurerà onde gravitazionali a bassa frequenza con periodi di oscillazione che vanno da 10 secondi a più di mezza giornata, che non possono essere osservati con i rivelatori a terra. Questi sono emessi da eventi come buchi neri supermassicci con una massa milioni di volte la massa del nostro sole che si fonde al centro delle galassie, i moti orbitali di decine di migliaia di stelle binarie nella nostra galassia, e forse fonti esotiche come le stringhe cosmiche.