L'antenna spaziale LISA ha ricevuto il via libera!
La più grande e complessa missione dell'ESA, l'antenna spaziale LISA, ha raggiunto una pietra miliare: ha superato l'intensa "Mission Adoption Review". Il professor Domenico Giardini dell'ETH e il professor Philippe Jetzer dell'UZH spiegano perché questo passo è così importante per il consorzio LISA.
La missione LISA (Laser Interferometer Space Antenna), volta a studiare le onde gravitazionali nello spazio, ha completato con successo gli studi e i test preliminari: L'intero concetto, dalla definizione degli strumenti scientifici e del sistema operativo alle apparecchiature da costruire per l'uso nello spazio, ha superato l'intenso esame dei revisori nell'ambito della "Mission Adoption Review". Il 25 gennaio il Comitato del programma scientifico dell'Agenzia spaziale europea (ESA) ha confermato ufficialmente che LISA è sufficientemente matura e che lo sviluppo della missione può continuare come previsto. La missione è stata quindi autorizzata per l'implementazione.
L'antenna spaziale, che osserverà le onde gravitazionali nello spazio e quindi rileverà, ad esempio, la collisione di buchi neri supermassicci, sarà lanciata nello spazio intorno al 2035. I preparativi per questa missione hanno richiesto 25 anni per superare tutti gli ostacoli tecnici e raggiungere la precisione richiesta, che è stata testata nello spazio dalla missione di successo dell'ESA LISA Path Finder dal 2015 al 2016.
Chi sono più di 120 istituti di ricerca in vari Paesi europei e negli Stati Uniti, tra cui l'ETH di Zurigo e l'Università di Zurigo, sono coinvolti in LISA. Domenico Giardini, professore di sismologia e geodinamica all'ETH di Zurigo, e Philippe Jetzer, professore di gravitazione e astrofisica all'Università di Zurigo, hanno lavorato a stretto contatto su questo progetto fin dall'inizio. In questa intervista ci spiegano cosa ci si può aspettare dalla missione.
La missione LISA ha ricevuto il via libera definitivo! Cosa significa per la ricerca spaziale?
Domenico Giardini: Questo significa molto! Non dobbiamo dimenticare che il 95% del nostro universo viene ancora definito energia oscura o materia oscura perché non emette onde elettromagnetiche e quindi rimane invisibile a tutti i nostri telescopi. Le onde gravitazionali ci permetteranno di guardare per la prima volta in questo universo a noi invisibile. Nelle prime osservazioni con Ligo-Virgo è stato possibile osservare solo il collasso finale dei buchi neri stellari, con una durata inferiore a un secondo. Questo perché sulla Terra c'è un forte rumore di fondo dovuto all'attività sismica e gli strumenti con bracci lunghi al massimo quattro chilometri possono misurare solo le frequenze più alte. LISA supererà queste limitazioni: Nello spazio non c'è rumore sismico e grazie al braccio di LISA, lungo 2,5 milioni di chilometri, si possono registrare frequenze molto più basse. Ciò consentirà di rilevare, tra l'altro, il collasso di buchi neri supermassicci e innumerevoli sistemi stellari binari galattici ravvicinati, oltre a un'intera serie di oggetti e fenomeni dinamici che ci aiuteranno a capire come si è formato l'universo e come continua a evolversi.
Philippe Jetzer:Questo lancio è il risultato di diversi decenni di lavoro per far maturare la tecnologia necessaria a costruire questa gigantesca antenna spaziale. LISA fornirà una nuova visione dell'universo. Speriamo di ottenere nuove conoscenze sulle origini e sullo sviluppo dell'universo, come ad esempio il Big Bang, ecc. E forse scopriremo se la teoria della relatività di Einstein è valida in tutte le aree o se ci sono deviazioni e quindi nuove intuizioni sulle leggi fondamentali della fisica.
Come sono coinvolti l'ETH e l'UZH in questa missione?
Domenico Giardini: L'ETH ha una partecipazione centrale in LISA. Insieme all'industria svizzera e con il supporto dell'Ufficio Spaziale Svizzero, forniamo l'elettronica di front-end per il sensore di riferimento gravitazionale, il fulcro del sistema di misura LISA. Questo permette alla sonda spaziale di seguire la massa di riferimento. Partecipiamo anche al Performance and Operation Team dell'ESA e costruiamo il nodo svizzero del Distributed Data Processing Centre, che insieme ad altri nodi europei e americani è responsabile dell'elaborazione di tutti i dati inviati da LISA, della costruzione di modelli globali del nostro universo e dell'identificazione del catalogo delle sorgenti di onde gravitazionali. Io stesso sono membro del Comitato esecutivo di LISA e del Consiglio del Consorzio LISA.
Philippe Jetzer:Nel mio gruppo di ricerca ci siamo concentrati sullo studio delle possibili sorgenti di onde gravitazionali che LISA potrebbe osservare. Abbiamo calcolato le varie forme di onde gravitazionali previste utilizzando la teoria della relatività generale di Einstein. Questi diversi modelli saranno necessari in seguito per poter analizzare con maggiore precisione i dati di LISA. I nostri calcoli sono quindi di grande importanza per la pianificazione precisa della missione e per la fase successiva. Io stesso sono stato per molti anni membro del LISA Science Working Team dell'ESA e membro del consiglio di amministrazione del consorzio LISA.
Che lavoro deve fare il team di ricerca nell'immediato?
Domenico Giardini:Oltre a tutte le attività legate alla consegna dell'elettronica e alla creazione del centro di elaborazione dati in Svizzera, la nostra ricerca si concentrerà sullo sviluppo di migliori modelli globali e pipeline per l'analisi dei dati e sull'identificazione di sorgenti di onde gravitazionali per creare un gemello digitale del nostro universo, in stretta collaborazione con l'Università di Zurigo e altri nodi dell'ESA e della NASA.
Philippe Jetzer:Dopo essere stato coautore del cosiddetto Libro Rosso - un riassunto dettagliato degli obiettivi scientifici e degli aspetti tecnici della missione LISA - calcoleremo modelli sempre migliori di onde gravitazionali e lavoreremo su ulteriori osservazioni che potrebbero essere possibili con LISA. Si tratta di calcoli molto complicati che possono essere continuamente migliorati. Questi studi continueranno per diversi anni, sicuramente fino al lancio dei satelliti e anche dopo, quando i dati saranno analizzati.
L'antenna non sarà lanciata nello spazio prima del 2035. Quali altri ostacoli deve ancora superare il progetto?
Domenico Giardini: Una sfida sarà quella di completare le antenne in tempo. Devono essere costruiti tre satelliti identici, che devono inviare i loro segnali l'uno all'altro con precisione millimetrica su distanze enormi nel triangolo. Poiché c'è carenza di manodopera specializzata nell'industria e nelle università, i processi necessari devono essere pianificati con estrema precisione. Per quanto ne so, non dovrebbero esserci problemi tecnici insormontabili. Attualmente esistono studi molto precisi e abbiamo anche l'esperienza del satellite di prova LISA-Pathfinder, che ha avuto un grande successo e al quale abbiamo partecipato anche noi.
Come ci si sente a far parte di un progetto così prestigioso e lungo, anche se probabilmente non si potrà accompagnare attivamente il momento clou, il lancio?
Domenico Giardini:LISA avrà una durata di oltre 50 anni e tre generazioni di scienziati lavoreranno per il successo della missione. Siamo naturalmente felici di avere il privilegio di svolgere un ruolo centrale in questa missione. E abbiamo assistito in diretta al grande lancio di LISA Pathfinder nel 2015!
Philippe Jetzer: Non saremo presenti di persona al lancio dei satelliti LISA nel 2035. Ma siamo certi che saremo in grado di aiutare nella prossima, intensa fase di preparazione e nella prima analisi dei dati. Alcuni dei nostri dottorandi e postdoc attuali e passati sono ancora coinvolti nella preparazione di LISA e sono molto attivi nel campo della ricerca sulle onde gravitazionali. Inoltre, saranno istituite due nuove cattedre presso l'ETH e l'Università di Zurigo. Altri colleghi dell'ETH e dell'UZH sono già coinvolti o sono interessati a partecipare in una fase successiva.
LISA - Antenna spaziale interferometrica laser
L'antenna spaziale interferometrica laser (LISA) sarà il primo osservatorio spaziale per le onde gravitazionali. ? stata scelta come terza grande missione dell'ESA e si concentrerà sul tema scientifico dell'universo gravitazionale. LISA sarà composto da tre sonde spaziali che seguiranno la Terra in formazione triangolare nella sua orbita intorno al Sole a una distanza di 2,5 milioni di chilometri. Il lancio è previsto per il 2037.
LISA è la missione più grande, costosa e complessa mai intrapresa dall'ESA. L'Agenzia spaziale europea è sostenuta dalla NASA. ? anche la più grande partecipazione della Svizzera a una missione spaziale scientifica. Oltre 120 istituzioni in tutto il mondo sono coinvolte in LISA, tra cui l'Università di Zurigo e l'ETH di Zurigo.
