Hoje, A ESA convidou cientistas europeus para propor conceitos para a terceira grande missão do seu programa de ciências, para estudar o Universo gravitacional.

Um observatório espacial de ondas gravitacionais - ondulações na estrutura do espaço-tempo criadas pela aceleração de objetos massivos - foi identificado em 2013 como o objetivo para a terceira grande missão (L3) no plano Cosmic Vision da ESA.

Uma Equipe Consultiva do Observatório Gravitacional foi nomeada em 2014, composto por especialistas independentes. A equipe concluiu seu relatório final no início deste ano, recomendando ainda a ESA para prosseguir a missão tendo verificado a viabilidade de um projeto multissatélite com massas de teste em queda livre conectadas ao longo de milhões de quilômetros por lasers.

Agora, após a primeira detecção das ondas indescritíveis com experimentos baseados em solo e o desempenho bem-sucedido da missão LISA Pathfinder da ESA, que demonstrou algumas das principais tecnologias necessárias para detectar ondas gravitacionais do espaço, a agência está convidando a comunidade científica a apresentar propostas para a primeira missão espacial de observação de ondas gravitacionais.

"As ondas gravitacionais prometem abrir uma nova janela para a astronomia, revelando fenômenos poderosos em todo o Universo que não são acessíveis por meio de observações de luz cósmica, "diz Alvaro Giménez, Diretor de Ciência da ESA.

Predito há um século pela teoria geral da relatividade de Albert Einstein, ondas gravitacionais permaneceram indescritíveis até a primeira detecção direta pelo Observatório de Ondas Gravitacionais de Interferômetro a Laser baseado em terra e colaborações de Virgem, feito em setembro de 2015 e anunciado no início deste ano.

O sinal se originou da coalescência de dois buracos negros, cada um com cerca de 30 vezes a massa do Sol e a cerca de 1,3 bilhão de anos-luz de distância. Uma segunda detecção foi feita em dezembro de 2015 e anunciada em junho, e revelou ondas gravitacionais de outra fusão de buraco negro, desta vez envolvendo objetos menores com massas em torno de 7 e 14 massas solares.

Enquanto isso, a missão LISA Pathfinder foi lançada em dezembro de 2015 e iniciou suas operações científicas em março deste ano, testar algumas das principais tecnologias que podem ser usadas para construir um observatório espacial de ondas gravitacionais.

Os dados coletados durante os primeiros dois meses mostraram que é realmente possível eliminar perturbações externas em massas de teste colocadas em queda livre com o nível de precisão necessário para medir a passagem das ondas gravitacionais perturbando seu movimento.

Embora os detectores baseados em terra sejam sensíveis a ondas gravitacionais com frequências de cerca de 100 Hz - ou cem ciclos de oscilação por segundo - um observatório no espaço será capaz de detectar ondas de baixa frequência, de 1 Hz até 0,1 mHz. Ondas gravitacionais com diferentes frequências carregam informações sobre diferentes eventos no cosmos, muito parecido com as observações astronômicas na luz visível, são sensíveis às estrelas nos estágios principais de suas vidas, enquanto as observações de raios-X podem revelar as fases iniciais da vida estelar ou os resquícios de sua morte.

Em particular, ondas gravitacionais de baixa frequência estão ligadas a objetos cósmicos ainda mais exóticos do que suas contrapartes de alta frequência:buracos negros supermassivos, com massas de milhões a bilhões de vezes a do Sol, que ficam no centro de galáxias massivas. As ondas são liberadas quando dois desses buracos negros estão se aglutinando durante a fusão de galáxias, ou quando um objeto compacto menor, como uma estrela de nêutrons ou um buraco negro de massa estelar, espirais em direção a um buraco negro supermassivo.

Observar as oscilações na estrutura do espaço-tempo produzidas por esses eventos poderosos proporcionará uma oportunidade de estudar como as galáxias se formaram e evoluíram ao longo da vida do Universo, e para testar a relatividade geral de Einstein em seu regime forte.

Os conceitos para a missão L3 da ESA terão de abordar a exploração do Universo com ondas gravitacionais de baixa frequência, complementando as observações realizadas no terreno para explorar plenamente o novo campo da astronomia gravitacional. A data de lançamento planejada para a missão é 2034.

As lições aprendidas com o LISA Pathfinder serão cruciais para o desenvolvimento desta missão, mas muitas novas tecnologias também serão necessárias para estender o projeto de um único satélite a vários satélites. Por exemplo, lasers muito mais poderosos do que os usados ​​no LISA Pathfinder, bem como telescópios altamente estáveis, será necessário conectar as massas em queda livre ao longo de milhões de quilômetros.

Grandes missões no Programa de Ciências da ESA são lideradas pela ESA, mas também permitem a colaboração internacional. A primeira missão de grande classe é Juice, o JUpiter ICy luas Explorer, planejado para lançamento em 2022, e a segunda é Atenas, o telescópio avançado para astrofísica de alta energia, um observatório de raios-X para investigar o Universo quente e energético, com data de lançamento planejada para 2028.

As cartas de intenções para o novo observatório espacial de ondas gravitacionais da ESA devem ser enviadas até 15 de novembro, e o prazo para a apresentação da proposta completa é 16 de janeiro de 2017. A seleção está prevista para ocorrer no primeiro semestre de 2017, com uma fase de estudo interno preliminar planejada para o final do ano.