ESA (de European Space Agency) heeft de Laser Interferometer Space Antenna (LISA) geselecteerd voor zijn derde grote missie in het wetenschappelijke programma Cosmic Vision van het bureau. Het sterrenbeeld met drie ruimtevaartuigen is ontworpen om zwaartekrachtsgolven in de ruimte te bestuderen en is een concept dat lang is bestudeerd door zowel ESA als NASA.

ESA's Science Program Committee maakte de selectie bekend tijdens een vergadering op 20 juni. De missie zal nu worden ontworpen, begroot en ter goedkeuring voorgesteld voordat de bouw begint. LISA wordt naar verwachting in 2034 gelanceerd. NASA zal een partner zijn met ESA in het ontwerp, ontwikkeling, operaties en data-analyse van de missie.

Zwaartekrachtstraling werd een eeuw geleden voorspeld door de algemene relativiteitstheorie van Albert Einstein. Enorm versnellende objecten zoals samensmeltende zwarte gaten produceren golven van energie die door het weefsel van ruimte en tijd rimpelen. Indirect bewijs van het bestaan ​​van deze golven kwam in 1978, toen subtiele veranderingen waargenomen in de beweging van een paar ronddraaiende neutronensterren aantoonden dat energie het systeem verliet in een hoeveelheid die overeenkwam met de voorspellingen van energie die door zwaartekrachtsgolven werd meegevoerd.

In september 2015 deze golven werden voor het eerst direct gedetecteerd door de op de grond gebaseerde Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) van de National Science Foundation. Het signaal is ontstaan ​​door de samensmelting van twee zwarte gaten van stellaire massa die zich op zo'n 1,3 miljard lichtjaar afstand bevinden. Soortgelijke signalen van andere samensmeltingen van zwarte gaten zijn sindsdien gedetecteerd.

Seismisch, thermische en andere geluidsbronnen beperken LIGO tot hoogfrequente zwaartekrachtgolven van ongeveer 100 cycli per seconde (hertz). Maar het vinden van signalen van krachtigere gebeurtenissen, zoals het samensmelten van superzware zwarte gaten in botsende sterrenstelsels, vereist het vermogen om frequenties te detecteren die veel lager zijn dan 1 hertz, een gevoeligheidsniveau dat alleen vanuit de ruimte mogelijk is.

LISA bestaat uit drie ruimtevaartuigen die 2,5 miljoen kilometer van elkaar zijn gescheiden in een driehoekige formatie die de aarde volgt in haar baan rond de zon. Elk ruimtevaartuig draagt ​​testmassa's die zodanig zijn afgeschermd dat de enige kracht waarop ze reageren de zwaartekracht is. Lasers meten de afstanden om massa's te testen in alle drie de ruimtevaartuigen. Kleine veranderingen in de lengte van elke arm van twee ruimtevaartuigen signaleren de passage van zwaartekrachtsgolven door de formatie.

Bijvoorbeeld, LISA zal gevoelig zijn voor zwaartekrachtsgolven geproduceerd door fusies van superzware zwarte gaten, elk met miljoenen of meer keer de massa van de zon. Het zal ook zwaartekrachtsgolven kunnen detecteren die afkomstig zijn van binaire systemen die neutronensterren of zwarte gaten bevatten, waardoor hun banen krimpen. En LISA kan een achtergrond van zwaartekrachtsgolven detecteren die tijdens de vroegste momenten van het universum zijn geproduceerd.

Al decenia, NASA heeft gewerkt aan de ontwikkeling van veel technologieën die nodig zijn voor LISA, inclusief meting, microvoortstuwings- en controlesystemen, evenals ondersteuning voor de ontwikkeling van technieken voor gegevensanalyse.

Bijvoorbeeld, de GRACE-vervolgmissie, een samenwerking tussen de VS en Duitsland om de verouderde GRACE-satellieten te vervangen die eind dit jaar moeten worden gelanceerd, zal een lasermeetsysteem dragen dat enkele van de technologieën overerft die oorspronkelijk voor LISA zijn ontwikkeld. De Laser Ranging Interferometer van de missie zal afstandsveranderingen tussen de twee satellieten met ongekende precisie volgen. het verstrekken van de eerste demonstratie van de technologie in de ruimte.

in 2016, ESA's LISA Pathfinder heeft met succes de belangrijkste technologieën gedemonstreerd die nodig zijn om LISA te bouwen. Elk van de drie ruimtevaartuigen van LISA moet voorzichtig rond zijn testmassa's vliegen zonder ze te storen. een proces genaamd drag-free flight. In de eerste twee maanden van de operatie, LISA Pathfinder demonstreerde dit proces met een precisie die ongeveer vijf keer beter was dan de missievereisten en bereikte later de gevoeligheid die nodig is voor het volledige multi-ruimtevaartuigobservatorium. Amerikaanse onderzoekers werkten jarenlang samen aan aspecten van LISA Pathfinder, en de missie draagt ​​een door NASA geleverd experiment genaamd het ST7 Disturbance Reduction System, die wordt beheerd door NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië.