L’Agenzia Spaziale Europea ha comunicato lo scorso giovedì 25 gennaio, che il proprio Science Programme Committee ha approvato la missione Laser Interferometer Space Antenna (LISA), il primo tentativo scientifico di rilevare le onde gravitazionali dallo spazio.
Questo passo importante, formalmente denominato “adozione”, riconosce l’adeguata maturità del concetto di missione e della sua tecnologia e dà il via libera alla costruzione della strumentazione scientifica e dei veicoli spaziali. Ciò avverrà fra un anno, all’inizio di gennaio 2025, una volta scelto l’appaltatore industriale europeo.
La missione LISA è composta da una costellazione di tre veicoli spaziali; essi seguiranno la Terra nella sua orbita attorno al Sole formando nello spazio un triangolo equilatero estremamente preciso. Ciascun lato del triangolo misurerà 2,5 milioni di chilometri (oltre sei volte la distanza Terra-Luna) e i tre satelliti si scambieranno raggi laser lungo questa distanza. Il lancio dei tre veicoli spaziali è previsto per il 2035 con un razzo Ariane 6.
Gestito da ESA, il progetto LISA è reso possibile da una collaborazione fra ESA, le agenzie spaziali dei suoi stati membri, la NASA e un consorzio internazionale di scienziati (LISA Consortium).
Einstein e le onde gravitazionali
Poco più di un secolo fa, Einstein fece la rivoluzionaria previsione che quando oggetti massicci accelerano, scuotono il tessuto dello spaziotempo, producendo delle minuscole increspature conosciute come onde gravitazionali. Grazie ai moderni sviluppi tecnologici, ora siamo in grado di rilevare questi segnali più elusivi.
«LISA è un’impresa che non è mai stata tentata prima. Usando dei fasci laser lungo distanze di diversi chilometri, le strumentazioni poste al suolo possono rilevare le onde gravitazionali provenienti da oggetti di dimensioni stellari, come le esplosioni di supernova o l’unione di stelle iper-dense e buchi neri di masse stellari. Per espandere le frontiere degli studi gravitazionali, dobbiamo andare nello spazio» ha spiegato la responsabile scientifica del progetto LISA, Nora Lützgendorf. «Grazie all’enorme distanza percorsa dai segnali laser di LISA, e la superba stabilità della sua strumentazione, noi sonderemo onde gravitazionali a frequenze più basse di quelle che è possibile rilevare sulla Terra, scoprendo eventi su scala diversa, risalendo fino all’alba del tempo».
LISA rileverà le increspature nello spaziotempo causate quando gli enormi buchi neri al centro delle galassie collidono; ciò permetterà agli scienziati di tracciare le origini di questi mostruosi oggetti, di dedurre la loro modalità di crescita fino a diventare milioni di volte più massicci del Sole e di stabilire il loro ruolo nell’evoluzione delle galassie.
Aggiungere il sonoro al film del Cosmo
La missione è pronta a catturare queste increspature gravitazionali, che si ritiene possano anche provenire dai momenti iniziali del nostro Universo, per offrire uno sguardo diretto nei primissimi secondi dopo il Big Bang. Inoltre, poiché le onde gravitazionali portano con sé le informazioni sulla distanza degli oggetti che le hanno generate, LISA sarà d’aiuto per i ricercatori nella misurazione del cambiamento nell’espansione dell’universo con un metro diverso dalle tecniche impiegate dalla missione Euclid e da altri programmi di ricerca, validandone i risultati.
Restando nella nostra galassia, LISA rileverà molte coppie di oggetti compatti come nane bianche o stelle di neutroni scontrarsi fra di loro e ciò ci fornirà una visione unica degli stadi finali dell’evoluzione di questi sistemi. Individuando le loro posizione e distanza, LISA migliorerà la nostra comprensione della struttura della Via Lattea, basandosi anche sui risultati della missione Gaia dell’ESA.
«Stiamo studiando da secoli il cosmo sostanzialmente catturandone le luce emessa; l’unione di questa modalità di ricerca a quella del rilevamento delle onde gravitazionali, sancisce l’inizio di una dimensione della nostra percezione dell’universo totalmente nuova», questa l’osservazione di Oliver Jennrich, scienziato del progetto LISA. «Se immaginiamo che finora, con le nostre missioni astrofisiche, abbiamo osservato il cosmo come se fosse un film muto, la cattura delle increspature dello spaziotempo con LISA segnerà un punto di svolta, proprio come quando al cinema è stato aggiunto il sonoro » ha concluso Jennrich.
Cubi dorati e fasci laser
Per rilevare le onde gravitazionali, ciascuna unità del sistema LISA impiegherà un paio di cubi oro-platino chiamate “masse test”, delle dimensioni leggermente inferiori a quelle del famoso cubo di Rubik. Esse saranno libere di galleggiare in speciali alloggiamenti nel cuore di ciascuno dei tre satelliti. Le onde gravitazionali causeranno dei lievi cambiamenti fra le distanze delle masse nei differenti veicoli spaziali, tali cambiamenti verranno tracciati mediante interferometria laser. Questa tecnica richiede l’invio di impulsi laser da un satellite all’altro e quindi di sovrapporre i loro segnali per determinare i cambiamenti nelle distanze fra le masse, con una precisione pari a pochi miliardesimi di millimetro.
Ciascuna unità del sistema satellitare LISA deve essere progettata per assicurare che niente oltre la geometria dello spaziotempo possa influenzare il movimento delle masse, le quali sostanzialmente sono in caduta libera.
Una solida eredità e il futuro lavoro di team
Il satellite della mini-costellazione LISA segue le impronte del precedente LISA Pathfinder, il quale ha dimostrato che è possibile mantenere le masse in caduta libera con uno stupefacente livello di precisione. Lo stesso sistema di propulsione di precisione che ha volato sulle missioni dell’ESA Gaia ed Euclid, assicurerà che ciascun satellite mantenga la posizione e l’orientamento con la massima accuratezza.
Selezionata per essere la terza grande missione del programma Cosmic Vision 2015-2025, LISA si unirà alla flotta scientifica di osservatori cosmici dell’ESA per affrontare due quesiti essenziali che sono il cuore del programma: Quali sono le leggi fisiche fondamentali dell’universo? Come si è originato l’universo e di cosa è fatto?
In questa ricerca, LISA lavorerà assieme all’altra grande missione dell’ESA attualmente in fase di studio: NewAthena, il cui lancio è previsto per il 2037. NewAthena sarà il più grande osservatorio a raggi X mai costruito.
Fonte: ESA
