Missione LISA approvata: il nuovo occhio per le onde gravitazionali

LISA è una delle missioni spaziali più ambiziose e costose mai organizzate dall’Europa ed è stata appena ufficialmente autorizzata. Il Laser Interferometer Space Antenna (LISA) cercherà di rilevare le increspature nella trama dello spazio-tempo generate quando corpi estremamente massivi, come giganteschi buchi neri, collidono.

Queste onde gravitazionali saranno percepite da tre veicoli spaziali che emettono laser l’uno contro l’altro su una distanza di 2,5 milioni di km (1,5 milioni di miglia). Gli scienziati ritengono che lo studio delle onde gravitazionali contribuirà a rispondere a domande cruciali sul funzionamento e sulla storia dell’Universo.

I funzionari dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) prevedono un budget di €1,75 miliardi (£1,5 miliardi; $1,9 miliardi), con contributi aggiuntivi provenienti dai paesi membri, tra cui Germania, Francia, Italia, Regno Unito, Paesi Bassi e Svizzera. Anche l’agenzia spaziale statunitense (NASA) sarà un importante partner.

Sebbene questa cifra sia considerevole, rappresenta un costo unico per l’intera vita di LISA, inoltre la complessità della missione implica che non sarà lanciata prima del 2035 al più presto.

La direttrice scientifica dell’ESA, la Prof.ssa Carole Mundell, ha paragonato il costo per ogni cittadino europeo a quello di una tazza di caffè, sperando che concordino con lei sul fatto che questo rappresenti un ottimo rapporto qualità-prezzo. “Stiamo cercando di risolvere alcuni dei grandi misteri della fisica”, ha dichiarato alla BBC News.

Cosa sono le onde gravitazionali?

Sono le increspature di energia che si diffondono attraverso il cosmo alla velocità della luce quando masse si accelerano.

Le onde gravitazionali sono state rilevate per la prima volta nei laboratori terrestri nel 2015. Sono state generate dall’unione di buchi neri che avevano una massa alcune volte superiore a quella del nostro Sole.

Recandosi nello spazio con rilevatori, i ricercatori potranno percepire fenomeni con lunghezze d’onda molto più lunghe. “È tutta una questione di dimensioni. Con LISA stiamo parlando di percepire l’unione di buchi neri che sono milioni di volte la massa del nostro Sole”, ha affermato il Prof. Harry Ward dell’Università di Glasgow nel Regno Unito.

Gli scienziati sono particolarmente interessati a studiare questi oggetti supermassicci perché la loro origine ed evoluzione sembra essere legata in modo inestricabile a quella delle galassie che li ospitano. Sondare le loro proprietà rivelerebbe quindi dettagli su come le grandi strutture che vediamo nel cielo si sono formate nel corso della storia del nostro cosmo.

Come possiamo “vederle” queste onde?

Sulla Terra, le onde gravitazionali vengono rilevate attraverso le perturbazioni che inducono nel percorso della luce laser all’interno di un interferometro gravitazionale. La luce laser di norma viene proiettata lungo tunnel a forma di L lunghi svariati chilometri, in tale modo l’interferenza che si andrà a vedere sarà sensibile anche a piccole perturbazioni. Più lunghi saranno questi tunnel e più sensibile sarà il nostro interferometro.

LISA adotterà lo stesso principio, ma differirà per due principali caratteristiche:
– i satelliti saranno tre e verranno disposti a forma di triangolo equilatero;
– la distanza tra questi satelliti sarà di 2,5 milioni di chilometri, quindi estremamente maggiore rispetto a quella degli interferometri terrestri (circa 4 km).

La necessità di una precisione di misurazione sorprendente è dovuta al fatto che, nonostante le onde gravitazionali provengano da fonti di dimensioni colossali, il loro segnale è estremamente ridotto, avendo delle lunghezze d’onda grandi quanto frazioni della larghezza di un atomo.

Gli scienziati utilizzano il termine picometri per descrivere queste misurazioni, che corrispondono a miliardesimi di metro. Per dare un’idea pratica di questa precisione, il Dr. Ewan Fitzsimons del UK Astronomy Technology Centre (UK ATC) ha spiegato che sarebbe equivalente a misurare il cambiamento della distanza verso Alpha Centauri, ovvero il sistema stellare più vicino al nostro, fino allo spessore di un foglio di carta. Questo paragone mette in luce la straordinaria sensibilità richiesta per rilevare le sottili variazioni causate dalle onde gravitazionali provenienti da eventi cosmici di grande portata.

Il contributo di LISA

LISA è già in fase di sviluppo da diverse decadi e ha attraversato diverse fasi alti e bassi, con la partecipazione variabile degli Stati Uniti. In passato, gli americani sono stati coinvolti in modo intermittente, ma ora sono pienamente impegnati e contribuiranno con tecnologie cruciali, tra cui la fornitura di laser.

Il Comitato del Programma Scientifico dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha designato LISA come missione candidata nel 2017. Da allora, il personale tecnico dell’agenzia, con il supporto dell’industria e dell’accademia europee, ha valutato la fattibilità della missione. La valutazione positiva del 25 gennaio 2024 ha permesso alle delegazioni dell’ESA di adottare formalmente il progetto.

Visto il fondamentale contributo dato dall’Italia a LISA, il ruolo della comunità scientifica e industriale nazionale all’interno del LISA Consortium è cruciale. Il Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento è membro del consorzio e sta fornendo il suo contributo alla definizione dell’architettura complessiva di LISA, alle attività del System Engineering Office di ESA e alla progettazione del sensore inerziale per la missione, il Gravitational Reference Sensor (GRS), basato su quello di LISA, che è stato progettato e realizzato in Italia.

La missione LISA rientra nel quadro del Programma Scientifico dell’ESA, cui l’Italia contribuisce al 13% circa.