La descomunal misión para escuchar el universo tiene sello español: "Es una tarea sin precedentes"

La ESA da luz verde a LISA, un proyecto muy ambicioso con participación española, que aportará datos del universo escuchando su 'sonido'.

3 febrero, 2024 02:11

Marta Sanz Romero

La Agencia Espacial Europea (ESA) ha aprobado la misión LISA (Laser Interferometer Space Antenna) y da luz verde a la construcción de los instrumentos de las tres naves espaciales que forman el que "será el instrumento más grande que se haya construido nunca", como ha explicado a EL ESPAÑOL-Omicrono Miquel Nofrarias, miembro del Consorcio LISA. A diferencia de las espectaculares imágenes que ofrece James Webb con frecuencia, esta misión consiste en escuchar los sonidos que resuenan en el espacio y descifrar su significado. Del equipo español depende que LISA no oiga ningún ruido que enturbie los datos recogidos, así como parte del procesado posterior de los mismos. Dos retos que exigen una precisión sin precedentes.

LISA es una misión de una magnitud y complejidad únicas. Con ella la humanidad se prepara para capturar las ondas gravitacionales generadas por acontecimientos como la colisión de agujeros negros o los primeros segundos del Big Bang, o lo que es lo mismo, escuchar cómo suena el origen del universo. El estudio de ese eco gravitacional ayudará a medir la expansión del universo y evolución de las galaxias, validando otros estudios como los recogidos por la misión espacial Euclid.

Esta nueva misión sigue los pasos de su predecesora, LISA Pathfinder, en la que también tuvo una implicación directa España y se demostró la viabilidad de la tecnología. "No hay muchas misiones que hayan tenido una prueba de la magnitud de LISA Pathfinder", afirma también a este medio Carlos F. Sopuerta, investigador del ICE-CSIC y del IEEC y miembro del equipo de estudio científico de la ESA para la misión LISA. Ahora, en vez de una nave, serán tres satélites los protagonistas que seguirán la órbita de la Tierra alrededor del Sol.

Prototipo del subsistema de diagnóstico de temperatura de LISA, con Biel Bonastre y Ana Pérez del ICE-CSIC. César Hernández (CSIC) Omicrono

Ambos científicos del Instituto de Ciencias del Espacio-CSIC han explicado a este periódico los principales retos a los que se han enfrentado hasta el momento en el diseño de LISA, donde España es responsable de aislar estos tres laboratorios espaciales de perturbaciones. En adelante, también tienen un arduo trabajo para crear algunos de los algoritmos con los que procesar los datos recogidos por LISA.

LISA, una misión mayúscula

Un breve resumen de en qué consiste LISA para comprender mejor su magnitud. La ESA pretende desplegar en 2035 una constelación de tres naves que irán siguiendo a la Tierra alrededor del Sol a una distancia de 50 millones de kilómetros. Cada uno ocupará su propia órbita, "tú pones un satélite en una órbita que realiza una especie de sinusoide (curva que oscila de forma repetida y suave), el siguiente hace la misma sinusoide un poco desfasada y cuando las miras las tres juntas ves que van manteniendo esa forma triangular", explica Nofrarias, investigador experimental de ICE-CSIC e IEEC, con años de experiencia en esta misión.

Cada lado del triángulo será de 2,5 millones de kilómetros, más de seis veces la distancia entre la Tierra y la Luna. "En LISA es todo mayúsculo, rara vez ponemos sondas tan lejos o con distancias entre ellas tan grandes", añade. Y los tres satélites estarán vinculados entre sí, compartiendo información mediante tecnología láser.

Cubo de Oro de LISA ESA ( Agencia Espacial Europea) Omicrono

El objetivo de esta misión es utilizar las ondas gravitacionales para estudiar el universo. Similar a la onda expansiva que produce una explosión, los eventos cósmicos más violentos como los agujeros negros o las supernovas son capaces de sacudir el espacio-tiempo produciendo ondas en el tejido como predijo Albert Einstein en la Teoría de la Relatividad, hace un siglo. La comunidad científica ya ha demostrado su existencia, un hallazgo que recibió el Nobel de Física y el Premio Princesa de Asturias de la Investigación y que en una década servirá para conocer más en profundidad el universo.

Para detectar ondas gravitacionales, LISA utilizará cubos macizos de oro y platino, más pequeños que el cubo de Rubik que flotan libremente en una carcasa especial en el corazón de cada satélite. La nave espacial debe diseñarse de modo que nada, excepto la propia geometría del espacio-tiempo, afecte el movimiento de las masas en caída libre. Aquí es donde empieza la participación de España.

Ilustración de la misión LISA ESA ( Agencia Espacial Europea) Omicrono

La responsabilidad española

Ese eco sonoro que procede de la lejanía del universo llega hasta la Tierra, pero no es perceptible al oído humano, ni siquiera es fácil de detectar para experimentos que ya han estado trabajando en su detección desde la Tierra como LIGO en EEUU o EPTA en Europa. La mayoría de lo que reciben es ruido, por lo que se decidió salir en su busca de un lugar más despejado, el espacio.

Resulta necesario alejarse de nuestro planeta para esquivar las principales interferencias que provoca la actividad humana, así como los terremotos o la microgravedad que genera incluso el paso de las nubes y que impiden detectar ondas gravitacionales en la frecuencia baja que nos llegan. No obstante, en el espacio, LISA también se encontrará con otra clase de perturbaciones. Despejar la misión de ese ruido es responsabilidad de España.

Esquema de LISA capturando ondas gravitacionales ESA ( Agencia Espacial Europea) Omicrono

El láser que comunica a los tres satélites está liderado por Alemania, la tarea de colocar estas masas en caída libre corresponde a Italia, mientras que España firma el sistema de sensores (SDS) que protege a la misión de las fluctuaciones o perturbaciones que pueden interferir en los resultados finales.

Una vez en el espacio, los propios instrumentos del satélite generan campos magnéticos, cambios de temperatura, pero también reciben fluctuaciones de factores externos como puede ser el viento solar, ruido que podría confundirse con las ondas gravitacionales que se persiguen. El SDS contará con sensores de temperatura, campo magnético y radiación en cada satélite.

Biel Bonastre, Ana Pérez y Miquel Nofrarias del ICE-CSIC trabajan en el prototipo del subsistema de diagnóstico de temperatura. César Hernández (CSIC). Omicrono

"Estamos hablando de una precisión sin precedentes, en el nivel del picómetro, aproximadamente el tamaño de los átomos, una medida muy sensible en la que cualquier cosa pueda engañarte", explica a EL ESPAÑOL-Omicrono Miquel Nofrarias.

Este es el mayor reto al que se está enfrentando el equipo a la hora de diseñar esta parte de LISA. "Rara vez encuentras un proyecto en el que se exige que el instrumento sea muy preciso durante semanas, es una de las particularidades de LISA", añade.

Próximo reto: los algoritmos

LISA detectará ondas de distintas fuentes. "Hay millones de sistemas emitiendo de todos lados, lo que pasa es que no son distinguibles todos ellos, podemos ver algunos más brillantes que podremos resolver, pero todos nos permiten distinguir la estructura de la galaxia", afirma Sopuerta. De esas ondas podrán surgir muchas investigaciones, cada país o grupo de investigación se centrará en aquello que más le interese, pero para ello hace falta perfeccionar el procesamiento de los datos.

Carlos Sopuerta, investigador del ICE-CSIC y del IEEC, miembro del consorcio LISA. César Hernández (CSIC). Omicrono

Sopuerta explica que a diferencia de otras misiones espaciales, donde la gran cantidad de datos recopilados es un problema, en este caso es una cantidad manejable, el reto está en el procesado. "Se gastarán muchas horas de superordenador" hasta poder "dotar a la comunidad científica española de las herramientas necesarias para hacer realidad el potencial científico de LISA, de modo que podamos realizar descubrimientos revolucionarios con impacto en Astrofísica, Cosmología y Física Fundamental", nos cuenta.

España no está sola, el Distributed Data Processing Centre (DDPC) consiste en la creación de distintos nodos de procesado en diferentes países, para que cada comunidad tenga un nodo cercano del que hacer uso. La NASA también aportará su propio sistema de análisis, "si todos los algoritmos que hagamos dan el mismo resultado, nos dará más confianza en que estamos haciendo lo correcto", puntualiza Sopuertas.

Una treintena de investigadores españoles de distintas universidades, institutos e industria colaboran actualmente en el proyecto, aunque el esfuerzo es multinacional. Para cuando LISA esté instalada siguiendo la órbita solar de la Tierra, se espera que su contribución a la ciencia sea mayúscula, como todo lo que rodea a esta misión.

"En la futura explotación de los datos de LISA, es difícil encontrar a alguien que no esté interesado", cuenta Nofrarias. "Cuando se preguntó a la comunidad científica de España por su posible interés se encontraron alrededor de una veintena de institutos enfocados a varias áreas: desde los que ya están involucrados en la detección de ondas gravitacionales como la Universidad de las Islas Baleares, pero también la de Valencia, el IFAE en Barcelona, hasta los centrados en astrofísica como el Instituto de Astrofísica de Andalucía y el de Canarias, también más por la parte de física como el Instituto de Física Teórica en Madrid o en Galicia". Pero para llegar aquí, aún queda una década para seguir superando retos con LISA.