Dopo il recente successo nella rilevazione di onde gravitazionali con le antenne LIGO, gli scienziati sperano di replicare simili osservazioni anche nello spazio dove, grazie a "bracci" lunghi di 1 milione di km anzichè pochi km, dovrebbe essere possibile rilevare onde gravitazionali di frequenza molto più bassa, quelle ad esempio emessa dalla fusione di buchi neri supermassicci, nel centro delle galassie; questo è appunto quanto si spera di fare con l'antenna spaziale LISA (Laser Interferometric Space Antenna), ribattezzata in seguito eLISA (evolved LISA) e infine NGO (New Gravitational wave Observatory), di cui LISA pathfinder è preparatoria.
Di Lisa PF abbiamo già parlato. La missione è partita lo scorso dicembre ed l'esperimento scientifico vero è proprio è iniziato il 1 Marzo a una distanza di 1.5 milioni di km, nel punto di librazione L1 tra il Sole e la Terra. Al centro della navicella, due cubi identici in oro-platino (massa 2 kg, 46 mm di lato) cadono liberamente sotto l'influenza della sola gravità, non perturbati da altre forze esterne; in altre parole, formano quello che i fisici chiamano un "sistema localmente inerziale". Come illustrato nella immagine di apertura, la squadra LISA Pathfinder misura le rimanenti forze che agiscono sulle masse di prova, identificando tre fonti principali di rumore, a seconda della frequenza. Questo avviene grazie a un interferometro analogo a quello usato da LIGO, anche se per ora la separazione tra le due masse è di soli 38 cm.
Alle frequenze più basse sondate dall'esperimento (sotto 1 mHz, a sinistra in questo grafico), gli scienziati hanno misurato una piccola forza centrifuga che agisce sui cubi; essa è causata da una combinazione della forma dell'orbita di LISA Pathfinder e dal rumore prodotto dai "nanorazzi" usati per orientare la navicella. Il contributo della forza centrifuga alla accelerazione relativa delle due masse di prova è stato sottratto in questo grafico, ed è ancora indagato come fonte del rumore residuo dopo la sottrazione.
A frequenze di 1-60 mHz (al centro), la stabilità è limitata dalle molecole di gas che rimbalzano sui cubi. Questo effetto è destinato a ridursi mano a mano che questo residuo viene disperso nello spazio (outgassing), e si prevede che migliorerà nei prossimi mesi. A frequenze più alte, tra 60 MHz e 1 Hz (a destra nel grafico), la precisione di LISA Pathfinder è limitata solo dal rumore di rilevamento del sistema di misura ottico utilizzato per monitorare la posizione e l'orientamento delle masse di prova. Tuttavia, le prestazioni di questo sistema hanno già superato il livello di precisione richiesto per un futuro osservatorio di onde gravitazionale onda di un fattore superiore a 100. La causa del picco a circa 70 MHz è ancora in esame.
Modelli schematici di LISA PF; a destra è possibile vedere, in trasparenza, il cuore del sistema costituito dalle due masse di prova e dall'interferometro (vedi figura successiva). Credits: ESA / ATG medialab
Il posizionamento di masse di test in caduta libera è fondamentale per costruire un osservatorio spaziale di onde gravitazionali, poichè è proprio la loro accelerazione a rivelare il passaggio di queste flebili oscillazioni nel tessuto dello spazio-tempo. In un articolo pubblicato su Physical Review Letters e in una conferenza tenutasi ieri all'ESA, sono stati presentati i risultati dei primi due mesi di attività su questo importante "dimostratore", risultati che fanno ben sperare sul successo delle future antenne gravitazionali nello spazio. "Le masse di prova di LISA Pathfinder sono ora immobili l'una rispetto all'altra ad un livello sorprendente" ha dichiarato Alvaro Giménez, direttore scientifico dell'ESA, "questo è il livello di controllo necessario per consentire l'osservazione delle onde gravitazionali a bassa frequenza con un futuro osservatorio spaziale."
In effetti, la stabilità raggiunta è oltre cinque volte migliore di quanto originariamente richiesto. I due cubi sono quasi fermi rispetto all'altro, con una accelerazione relativa inferiore a 1 femto-g (accelerazione gravitazionale terrestre ) ovvero 10-14 m/s2.
Le due masse di prova (in giallo) e l'interferometro con 22 specchi che ne misurano la posizione. Credits: ESA / ATG medialab
Fonte: http://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/LISA_Pathfinder_exceeds_expectations
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