Cómo podríamos convertir toda la luna en un detector de ondas gravitacionales

Los detectores de ondas gravitacionales en la Tierra ya han revolucionado la astronomía y en la próxima década tendremos LISA, el primer observatorio gravitacional en el espacio profundo. Pero hay posibilidades de construir un detector entre estos dos tipos, tanto en términos de ubicación como de frecuencias. Esto se puede hacer construyéndolo en la Luna.

La idea de un detector de ondas gravitacionales lunares se propuso por primera vez durante el programa Apolo. Ahora, en un nuevo artículo, los científicos exploran tres opciones para construir observatorios de ondas gravitacionales en la Luna, incluida convertir la propia Luna en un detector. Como señalan, hay muchos desafíos y la tecnología aún no está lista, pero el potencial es enorme, como lo sería la antena misma.

Los detectores de ondas gravitacionales pueden medir las pequeñas distorsiones del espacio-tiempo causadas por ondas gravitacionales cuando objetos masivos se mueven y fusionan. Una de las propuestas, del autor principal Jan Harms del Instituto de Ciencias Gran Sasso, es la Antena de Ondas Gravitacionales Lunares, cuyo objetivo es utilizar la deformación de la Luna a medida que una onda gravitacional la atraviesa utilizando sismómetros altamente sensibles.

“La onda gravitacional vendría… desde muy lejos, como el universo primitivo. [I]Llegaría a la Luna y la haría vibrar como una campana», dijo Harms a IFLScience. «Entonces, esencialmente, se pueden colocar sensores en la superficie de la Luna para medir sus deformaciones o vibraciones».

Otra propuesta sugiere utilizar espejos y láseres en lugar de sismómetros para medir las deformaciones más pequeñas, mientras que la tercera no se centra en la Luna como detector sino como un lugar ideal para construir un detector como los detectores Ligo y Virgo que tenemos en la Tierra.

Los interferómetros láser que utilizan LIGO y Virgo son grandes tubos de vacío en forma de L a través de los cuales se envía un rayo láser. La luz debería tardar la misma cantidad de tiempo en viajar por ambos tubos. Sin embargo, si pasa una onda gravitacional, será más corta que un átomo, suficiente para que el detector confirme el evento.

Para alcanzar una precisión tan delicada, los espejos que reflejan los láseres están conectados a dispositivos llamados superatenuadores que pueden reducir las sacudidas del planeta un billón de veces. La Luna puede tener terremotos, pero es el lugar más silencioso sísmicamente del Sistema Solar, por lo que la precisión sería aún mayor.

Para maximizar la sensibilidad de estos dispositivos, también deben enfriarse a temperaturas extremas. La Luna tiene algunas regiones increíblemente frías, como el fondo de los cráteres en los polos, donde nunca llega la luz del sol. Sin embargo, este es también uno de los desafíos identificados en la investigación: si se coloca en cráteres que siempre están a oscuras, ¿cómo alimentar un detector? Las misiones lunares suelen funcionar con paneles solares y vimos lo que sucedió cuando eso salió mal con el módulo de aterrizaje lunar SLIM de Japón a principios de este año.

Controlar el experimento a distancia también será un problema a menos que estemos planificando muchas bases lunares permanentes. También existen desafíos en la creación de sismómetros, sistemas láser y mecanismos mecánicos de alta calidad que funcionen con la alta precisión necesaria. Por lo tanto, estos detectores no están listos ahora, pero el equipo confía en que se podrán superar los desafíos. Puede que no sea un cambio rápido, pero ciertamente es posible, y hay argumentos científicos muy convincentes para hacerlo.

“Este esfuerzo por crear detectores realmente está cerrando la brecha entre lo que queremos hacer en la Tierra y lo que podemos hacer en el espacio. Esto abrirá un inmenso caso científico que no podemos tener de otra manera”, dijo Harms a IFLScience.

Los detectores de ondas gravitacionales en la Luna detectarían ondas gravitacionales en el rango de deciHertz en lugar del rango de 1 a 100 Hertz que detectan los terrestres. Estas ondas son las que se producen por las fusiones de estrellas de neutrones binarias meses o incluso años antes de colisionar. También podría ayudarnos a encontrar ubicaciones más precisas de binarios de agujeros negros masivos. Además, dado que los detectores de ondas gravitacionales lunares serían de larga duración y no experimentos de inicio y parada, podrían proporcionar buscadores más amplios de eventos de ondas gravitacionales y ayudar a probar aún más la relatividad general.

El estudio se publica en la revista Philosophical Transactions Of The Royal Society A.