Op 7 dec., LISA Pathfinder begon de uitgebreide fase van zijn missie, nog eens zes maanden waarin wetenschappers en ingenieurs het experiment tot het uiterste zullen drijven ter voorbereiding op ESA's toekomstige ruimteobservatorium van zwaartekrachtsgolven.

LISA Pathfinder, een demonstratiemissie om belangrijke technologieën te valideren om zwaartekrachtsgolven - fluctuaties in het weefsel van ruimtetijd - vanuit de ruimte te observeren, werd iets meer dan een jaar geleden gelanceerd, op 3 december 2015.

Na een reis van zes weken, het ruimtevaartuig bereikte zijn operationele baan rond het eerste zon-aarde Lagrange-punt, L1 – 1,5 miljoen km van de aarde naar de zon – eind januari. Daar, na ingebruikname van de boordinstrumenten, LISA Pathfinder is op 1 maart begonnen met haar wetenschappelijke missie.

Tot grote verbazing van het team het duurde niet zo lang als verwacht om het doel van de missie te bereiken:aantonen dat twee testmassa's - een paar identieke goud-platina-kubussen - in de meest precieze vrije val kunnen worden geplaatst die ooit is uitgevoerd. In feite, het gewenste precisieniveau werd al bereikt op de eerste dag van de wetenschappelijke operaties van LISA Pathfinder.

In de daaropvolgende maanden, wetenschappers en ingenieurs bleven de prestaties van het experiment verbeteren. Ze beschreven deze eerste resultaten, inclusief een analyse van de resterende storingsbronnen op de bijna perfecte vrije valbeweging van de kubussen, in een paper gepubliceerd begin juni in Fysieke beoordelingsbrieven .

Vervolgens, op 25 juni, de eerste operationele fase, met behulp van het LISA-technologiepakket (LTP), werd voltooid. De LTP is een Europese payload die bestaat uit de testmassa's, traagheidssensoren, en laserinterferometer, en maakt gebruik van een reeks koudgas micronewton stuwraketten om de satelliet te bewegen en gecentreerd te houden op de kubussen, als reactie op externe en interne krachten die hen om zich heen slaan.

Operaties voortgezet met NASA's Disturbance Reduction System (DRS), een aanvullend experiment dat meetinvoer ontvangt van de traagheidssensoren van de LTP, maar zijn eigen micronewton-stuwraketten gebruikt op basis van colloïdale technologie.

Na voltooiing van de DRS-operaties, de uitgebreide missie van LISA Pathfinder begon op 7 december 2016, om 09:00 CET (08:00 UTC). Het duurt tot 31 mei 2017, gebruikmakend van zowel de LTP- als de DRS-payloads.

"Tot dusver, we zijn druk bezig geweest met het demonstreren van de prestaties van LISA Pathfinder, die met het verstrijken van de tijd steeds beter werd, " zegt Paul McNamara, LISA Pathfinder Projectwetenschapper bij ESA, "maar nu kunnen we de komende zes maanden besteden aan het leren van alles wat we moeten weten om een ​​zwaartekrachtsgolfobservatorium in de ruimte te bouwen en te bedienen."

Afgelopen oktober, ESA heeft een oproep gedaan om Europese wetenschappers uit te nodigen om concepten voor te stellen voor de derde grote missie (L3) in haar Cosmic Vision-plan, die een ruimteobservatorium zal zijn om het zwaartekrachtuniversum te bestuderen. De selectie zal naar verwachting plaatsvinden in de eerste helft van 2017, met een voorbereidende interne studiefase gepland voor later in het jaar.

Het toekomstige observatorium zal zwaartekrachtsgolven detecteren met frequenties van 1 Hz tot 0,1 mHz. Deze zijn ongeveer honderd tot een miljoen keer lager dan de frequenties van golven die kunnen worden gemeten met grondexperimenten zoals de Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO), die de eerste directe detectie van zwaartekrachtsgolven in september 2015 verkreeg.

Tijdens de uitgebreide missie van LISA Pathfinder, het team zal een reeks langdurige experimenten uitvoeren om de missieprestaties beter te karakteriseren, vooral bij de laagste frequenties die door het toekomstige observatorium zullen worden onderzocht.

"We zijn verheugd om de grenzen van LISA Pathfinder te verleggen, een uniek natuurkundig laboratorium in de ruimte dat ons het vertrouwen geeft dat we zeker een ruimteobservatorium van zwaartekrachtsgolven kunnen bouwen", zegt Oliver Jennrich, LISA Pathfinder plaatsvervangend missiewetenschapper en L3-onderzoekswetenschapper bij ESA.

Een van de operaties die de komende weken zullen worden ondernomen, betreft de manoeuvres die missie-operators regelmatig uitvoeren om de satelliet in zijn operationele baan om de aarde te houden.

LISA Pathfinder draait rond L1, maar als het onbeheerd wordt achtergelaten, het zou langzaam wegdrijven van het Lagrangiaanse punt onder de zwaartekracht van de aarde. Om dat te vermijden, het is voldoende om de micro-newton boegschroeven eens in de één tot twee weken af ​​te vuren.

Tussen 25 december en 14 januari, echter, het team besloot geen correctiemanoeuvres toe te passen. Hierdoor kunnen de wetenschappers bijna drie weken ononderbroken experimenten uitvoeren, onderzoeken wat er gebeurt in het bereik van zeer lage frequenties die van belang zijn om zwaartekrachtgolven vanuit de ruimte te detecteren.

Een ander experiment betreft iets hogere frequenties, ongeveer 1-60 MHz. Bij deze frequenties de belangrijkste bron van verstoring lijken gasmoleculen te zijn die aanwezig zijn in de testmassa-omhulsels en terugkaatsen van de twee kubussen - een effect dat is afgenomen naarmate meer moleculen de ruimte in worden geblazen.

Het team is nu benieuwd of er nog andere geluidsbronnen op de loer liggen, iets dat belangrijk zal zijn voor de toekomstige L3-missie. Een mogelijke manier om dit te testen is door simpelweg te wachten tot de meeste moleculen de ruimte in worden geblazen, maar er is een alternatief:veel van de verwarmingen aan boord uitschakelen, de temperatuur met tien graden verlagen, en daardoor de druk in de behuizing te verminderen. Het team zal dit experiment eind januari uitvoeren.

Dit zijn enkele voorbeelden van het scala aan experimenten dat zal worden uitgevoerd tijdens de uitgebreide missie van LISA Pathfinder. Eventueel, aan het einde van de missie, het ruimtevaartuig zal voorzichtig in een heliocentrische baan worden geduwd.