dissabte, 18 maig 2013

Tribunes

Terra i Espai

Alina Hirschmann

Responsable de Divulgació de l'Institut de Ciencies de l'Espai

L'Univers conegut: una simple il·lusió?

8 d'abril de 2010

És molt possible que en aquestes properes dècades aconseguim observar l'Univers des d'una altra perspectiva gràcies a un fenomen que encara no hem pogut detectar de manera fefaent, ni del qual s'ha pogut comprovar l'existència real. Es tracta de les ones gravitacionals.

L'astronomia actual utilitza com a única i principal eina de mesura la llum emesa pels objectes astronòmics. Però què passa amb aquells que no emeten ones electromagnètiques, és a dir, aquells cossos la interacció dels quals produeix noves formes de moviment i evolució de l'Univers?

La teoria de la relativitat, formulada per Albert Einstein a principis del segle XX, suposava que la dimensió d'espai-temps de l'Univers havia d'estar afectada per la massa dels objectes que la composen. L'espai pren forma d'acord amb la presència i la massa dels objectes que l'habiten. Com més pesat és l'objecte, més deforma l'espai que l'envolta. Aquesta curvatura seria com la deformació que es produeix sobre la superfície d'un matalàs quan anem al llit o quan hi dipositem una bola d'acer. A l'espai hi ha objectes amb una massa enorme, com és el cas dels famosos forats negres, que poden arribar a trencar aquesta superfície i crear túnels cap a nous "universos paral·lels".

En general, els forats negres són objectes molt massius. No emeten llum, sinó que l'absorbeixen, de manera que encara no hem aconseguit observar-los de forma directa. Malgrat aquest inconvenient, s'han pogut aconseguir resultats magres (pocs) que demostren que la col·lisió de dos forats negres (o de dues galàxies o dues estrelles molt compactes), modifica la massa del romanent que resta. Com a conseqüència, es generen unes ones, les ones gravitacionals, que són la forma d'escapament de part de l'energia involucrada en la col·lisió.

Encara no s'ha pogut comprovar de forma directa la presència i existència de les ones gravitacionalsLes ones gravitacionals s'assemblen a l'efecte de llançar una pedra en un llac i observar les ones circulars, o cercles concèntrics, que hi apareixen. Com més pesada sigui la roca, més potents seran les ones. Com més pedres tirem de forma continuada, més ones es produiran a mesura que passa el temps. Si optem per allunyar-nos del lloc on cau la pedra, les ones circulars ens aniran arribant cada vegada més debilitades. Amb les ones gravitacionals ocorre un fenomen similar. No obstant això, aquestes no poden ser observades amb els instruments convencionals d'avui en dia, com és el cas dels telescopis terrestres i espacials. Aquestes eines estan construïdes per detectar i rebre ones electromagnètiques, és a dir, aquelles representades per la llum.

Avui en dia encara no s'ha pogut comprovar de forma directa la presència i existència d'aquestes ones gravitacionals. No obstant això, s'han detectat les conseqüències que aquestes produeixen sobre els cossos astronòmics. Aquest èxit va justificar àmpliament el premi Nobel el 1993 als físics RA Hulse i J.H. Taylor Jr, que el 1974 van descobrir el primer púlsar binari. L'observació d'aquest sistema binari durant molts anys va demostrar que els objectes del sistema s'anaven acostant entre ells, i que part de l'energia emesa havia de ser la generadora de les ones gravitacionals.

Com passa amb la majoria dels fenòmens físics, aquestes ones van atenuant la seva intensitat amb la distància recorreguda, de manera que s'aproximen a la Terra ja molt debilitades. Si tinguéssim un objecte flotant a l'espai prop de la Terra i una ona gravitacional el travessés, els desplaçaments que patiria respecte del seu punt d'equilibri serien de l'ordre de 10^-6mil·límetres. Es tracta d'una variació tan petita que és indetectable per qualsevol dels instruments actuals. En aquest sentit, poder detectar de forma directa aquestes ones gravitacionals comporta l'esforç de plantejar i crear noves tecnologies més sensibles, capaces d'observar i mesurar aquests fenòmens.

Observatoris com LIGO (Estats Units), VIRGO (França i Itàlia) i GEO 600 (Alemanya i Anglaterra) han estat construïts amb l'objectiu de detectar les ones gravitacionals des de la Terra. No obstant això, l'objectiu últim hauria de ser un observatori espacial que reunís les condicions més convenients per detectar amplituds d'ona tan petites. L'entorn espacial permetria evitar les interferències i els efectes produïts pel nostre planeta.

Avui s'està construint un instrument espacial dissenyat en conjunt per l'Agència Espacial Europea (ESA) i la NASA, denominat LISA (Laser Interferometer Space Antenna), previst per a ser llançat a l'espai el 2020. Aquest instrument acoblarà tres satèl·lits en xarxa, organitzats de forma triangular (un a cada vèrtex) i separats entre ells per una distància de cinc milions de quilòmetres. Aquesta immensa separació farà que LISA sigui sensible a freqüències entre els 0,03 milihertzs i els 0,1 hertzs, el conegut com a 'rang de baixes freqüències'. Inaccessibles ara pels observatoris terrestres, l'exploració d'aquestes freqüències permetria detectar fenòmens astrofísics i cosmològics de gran rellevància.

Per aconseguir un èxit rotund amb la missió principal LISA, s'ha decidit enviar a l'espai una missió precursora, la Lisa Pathfinder, a finals del 2012. L'objectiu és provar la tecnologia que s'utilitzarà en un futur imminent. L'Institut de Ciències de l'Espai (IEEC-CSIC), ubicat a Barcelona (Espanya), hi ha participat amb la construcció del DMU (Data Management Unit), un instrument que dirigeix i controla l'experiment científic a bord de la missió. L'Institut també ha aportat els sensors i actuadors tèrmics, magnètics i de radiació solar i galàctica, que permetran calibrar i mesurar l'impacte de les pertorbacions causades per les ones en la futura missió LISA.

Avui en dia, la tecnologia necessària per realitzar aquestes observacions ja existeix. Aviat serem capaços d'observar l'Univers des d'un altre punt de vista, per així resoldre una peça més d'aquest enigma cosmològic. Cada vegada que fem un nou descobriment sobre l'Univers s'evidencia la immensa complexitat estructural i evolutiva del lloc on vivim, i s'entreveu que encara no hem aconseguit entendre ni una porció infinitesimal de la seva totalitat.