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Hacia detectores avanzados de ondas gravitacionales

Un grupo de investigadores financiados con fondos de la Unión Europea ha establecido unas instalaciones para probar nuevas tecnologías y desarrollar técnicas de medición para la detección de ondas gravitacionales en el espacio.
Hacia detectores avanzados de ondas gravitacionales
El observatorio por interferometría láser de ondas gravitacionales (LIGO) detectó ondas gravitacionales en dos ocasiones el año pasado, lo que sugiere que estas detecciones podrían convertirse pronto en algo habitual. Se tardó más de una década en conseguirlo, ya que fue difícil lograr la sensibilidad necesaria para detectar estas ondulaciones en el espacio-tiempo, cuya existencia predijo Albert Einstein hace cien años.

Mientras tanto, la Agencia Espacial Europea (ESA) ha comenzado a trabajar en la antena espacial de interferometría láser evolucionada (eLISA), un observatorio de ondas gravitacionales que se lanzará en los años treinta de este siglo. La nave espacial LISA Pathfinder, una misión de prueba de concepto, entró en órbita en diciembre de 2015 para demostrar que la misión eLISA es viable.

Mientras tanto en la Tierra, los investigadores prepararon unas instalaciones para probar tecnologías y materiales que serán necesarios en observatorios de ondas gravitacionales basados en el espacio. Desarrolladas como parte del proyecto GRLOW (Gravitational wave detectors low-frequency technology test bed), las instalaciones consisten en un tanque de vacío controlado térmicamente que permite suprimir las fluctuaciones medioambientales.

Las instalaciones propuestas no solo son capaces de filtrar las fluctuaciones medioambientales en el régimen de bajas frecuencias, sino que también pueden generar perturbaciones controladas. En el interior del tanque, un interferómetro con sensibilidad en el rango de los picómetros permite la caracterización de materiales, como polímeros reforzados con fibras de carbono y carburo de silicio, en un ancho de banda de medición relevante para las aplicaciones espaciales.

La implantación del interferómetro se basa en la modulación de fase profunda, que permite un seguimiento continuo en tiempo real de una masa en caída libre, tal y como se requiere para la detección de ondas gravitacionales. El equipo de GRLOW construyó los moduladores necesarios partiendo de cero para crear un pulso que fuera medido por un fasímetro basado en una matriz de puertas programables en campo (FPGA). Asimismo, desarrollaron el sistema de lectura del interferómetro.

El enfoque innovador de GRLOW consistió en la adopción de una implantación de sistema en chip para el fasímetro, que permitiría una metrología de alta precisión sin tener que recompilar el software cada vez que se modifica un parámetro de entrada. De gran importancia es el hecho de que los investigadores hayan demostrado mediante un experimento sobre la mesa que es posible lograr una sensibilidad de 10 nm por raíz cuadrada de Hercio.

Finalmente, se desarrollaron técnicas de análisis de datos para caracterizar el ruido provocado por la distorsión termoelástica a frecuencias muy bajas en la nave espacial LISA Pathfinder. Estas técnicas nuevas también se pueden aplicar a las instalaciones de GRLOW, que contribuirán al inicio de la era de la astronomía de las ondas gravitacionales y proporcionarán nueva información sobre el cosmos.

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Palabras clave

Onda gravitacional, LIGO, eLISA, LISA Pathfinder, GRLOW, tanque de vacío, interferómetro
Número de registro: 188598 / Última actualización el: 2016-09-20
Dominio: Tecnologías industriales
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