Por eso es necesario colocar un observatorio de ondas gravitacionales en la Luna

Los científicos detectaron la primera onda gravitacional predicha desde hace mucho tiempo en 2015 y, desde entonces, los investigadores han estado ávidos de mejores descubrimientos. Pero la Tierra es cálida y está llena de ruido sísmico, y esto siempre limitará la eficacia de los detectores terrestres.

¿Es la Luna el lugar adecuado para un nuevo observatorio de ondas gravitacionales? Probablemente lo sea. Enviar telescopios al espacio ha funcionado bien, e instalar un observatorio GW en la Luna también podría funcionar, aunque la propuesta es muy compleja.

La mayor parte de la astronomía trata sobre la luz. Cuanto mejor podemos sentirlo, más aprendemos sobre la naturaleza. Por eso hay telescopios como el Hubble y el JWST en el espacio. La atmósfera terrestre distorsiona las imágenes de los telescopios e incluso bloquea parte de la luz, como la radiación infrarroja. Los telescopios espaciales superan ambos problemas y han revolucionado la astronomía.

Las ondas gravitacionales no son luz, pero sentirlas aún requiere una sensibilidad extrema. Así como la atmósfera terrestre puede introducir «ruido» en las observaciones de los telescopios, la actividad sísmica de la Tierra también puede causar problemas a los detectores de ondas gravitacionales. La Luna tiene una gran ventaja sobre nuestro planeta dinámico y en constante cambio: tiene mucha menos actividad sísmica.

Sabemos desde los días de Apolo que la Luna tiene actividad sísmica. Pero a diferencia de la Tierra, la mayor parte de su actividad está relacionada con fuerzas de marea y pequeños impactos de meteoritos. La mayor parte de su actividad sísmica es mucho más débil y profunda que la de la Tierra. Esto ha llamado la atención de los investigadores que están desarrollando Antena de onda de gravedad lunar (Cancelar).

Los desarrolladores de LGWA han escrito un nuevo artículo: «Antena de ondas de gravedad lunar: estudios de misión y estado de la ciencia.“El autor principal es Parameswaran Ajith, físico y astrofísico del Centro Internacional de Ciencias Teóricas del Instituto Tata de Investigación Fundamental, Bangalore, India. Ajith también es miembro de la colaboración científica LIGO.

Un Observatorio de Ondas Gravitacionales (GWO) en la Luna llenaría un vacío en la cobertura de frecuencias.

«Teniendo en cuenta el tamaño de la Luna y el ruido esperado generado por el fondo sísmico lunar, LGWA podrá observar GW de aproximadamente 1 MHz a 1 Hz», escriben los autores. “Esto convertiría al LGWA en el eslabón perdido entre los detectores espaciales como LISA, con sensibilidades máximas de unos pocos milihercios, y los futuros detectores terrestres propuestos, como el telescopio einstein o explorador cósmico«.

Si se construye, LGWA consistiría en una serie de detectores a escala planetaria. Las condiciones únicas de la Luna permitirán a LGWA abrir una ventana más grande a la ciencia de las ondas gravitacionales. La Luna tiene una actividad sísmica muy baja, que los autores describen como «silencio sísmico». La ausencia de ruido de fondo permitirá detecciones más sensibles.

La Luna también tiene temperaturas extremadamente bajas dentro de sus regiones permanentemente sombreadas (PSR). Los detectores deben estar muy fríos y las bajas temperaturas de los PSR facilitan esta tarea. El LGWA constará de cuatro detectores ubicados en un cráter PSR en uno de los polos de la Luna.

LGWA es una idea ambiciosa con beneficios científicos que podría cambiar las reglas del juego. Cuando se combina con telescopios que observan todo el espectro electromagnético y con detectores de neutrinos y rayos cósmicos (llamado astronomía de múltiples mensajeros), podría mejorar nuestra comprensión de toda la gama de eventos cósmicos.

LGWA tendrá algunas capacidades únicas para detectar explosiones cósmicas. «Solo LGWA puede observar eventos astrofísicos que involucran a WD (enanas blancas), como eventos de perturbación de mareas (TDE) y SNe Ia», explican los autores. También señalan que sólo la LGWA podrá advertir a los astrónomos con semanas o incluso meses de antelación sobre la fusión de binarias compactas de masa solar, incluidas estrellas de neutrones.

LGWA también podrá detectar el agujero negro de masa intermedia superpuesta (IMBH) en el universo temprano. Los IMBH desempeñaron un papel en la formación de los agujeros negros supermasivos (SMBH) actuales en los núcleos de galaxias como la nuestra. Los astrofísicos tienen muchas preguntas sin respuesta sobre los agujeros negros y cómo evolucionan, y LGWA debería ayudar a responder algunas de ellas.

Las fusiones de dobles enanas blancas (DWD) fuera de nuestra galaxia son otra cosa que sólo LGWA podrá detectar. Se puede utilizar para medir El Hubble está arreglado. A lo largo de las décadas, los científicos han obtenido mediciones más precisas de la constante de Hubble, pero persisten las inconsistencias.

LGWA también nos contará más sobre la Luna. Sus observaciones sísmicas revelarán la estructura interna de la luna con más detalle que nunca. Los científicos aún no saben mucho sobre su formación, historia y desarrollo. Las observaciones sísmicas realizadas por LGWA también arrojarán luz sobre los procesos geológicos de la Luna.

La misión LGWA aún está en desarrollo. Antes de que pueda implementarse, los científicos necesitan saber más sobre dónde planean ubicarlo. Aquí es donde entra en juego la tarea inicial de prueba de sonido.

En 2023, la ESA seleccionó Soundcheck para su programa Reserva Piscina de Actividad Científica Lunar. Soundcheck no sólo medirá el desplazamiento de la superficie sísmica, las fluctuaciones magnéticas y la temperatura, sino que también servirá como misión de demostración de la tecnología. «La validación de la tecnología Soundcheck se centra en el despliegue, la mecánica y las lecturas de detección inercial, la gestión térmica y la nivelación de la plataforma», explican los autores.

En astronomía, astrofísica, cosmología y esfuerzos científicos relacionados, siempre parecemos estar al borde de nuevos descubrimientos y de una nueva comprensión del universo y de cómo encajamos en él. La razón por la que siempre parece así es porque es verdad. Los seres humanos están mejorando en esta área, y el surgimiento y la prosperidad de la ciencia GW lo ejemplifica, aunque apenas estamos comenzando. Ni siquiera ha pasado una década desde que los científicos descubrieron el primer GW.

¿Adónde irán las cosas a partir de aquí?

«A pesar de la hoja de ruta bien desarrollada para la ciencia de las GW, es importante darse cuenta de que la exploración de nuestro universo con GW está todavía en su infancia», escribieron los autores en su artículo. «Además de
Con un enorme impacto esperado en la astrofísica y la cosmología, este campo tiene un gran potencial para descubrimientos inesperados y fundamentales.