Telescopio Einstein

El telescopio Einstein (ET) u observatorio Einstein es un detector de ondas gravitacionales terrestre de tercera generación , actualmente en estudio por algunas instituciones de la Unión Europea . Podrá probar la teoría general de la relatividad de Einstein en condiciones de campo intenso y realizar astronomía de ondas gravitacionales de precisión.

El ET es un proyecto de estudio de diseño financiado por la Comisión Europea en el marco del Séptimo Programa Marco (7PM) . Su objetivo es el estudio y el diseño conceptual de una nueva infraestructura de investigación en el campo emergente de la astronomía de ondas gravitacionales .

La evolución de los actuales detectores de ondas gravitacionales Advanced Virgo y Advanced LIGO , como detectores de segunda generación , está bien definida. Actualmente han sido actualizados a su llamado nivel mejorado y se espera que alcancen su sensibilidad de diseño en los próximos años. LIGO detectó ondas gravitacionales en 2015 y Virgo se unió a este éxito experimental con la primera onda gravitacional observada por tres detectores GW170814 y poco después con la primera detección de una fusión de estrellas binarias de neutrones GW170817 . Sin embargo, la sensibilidad necesaria para probar la teoría de la gravedad de Einstein en condiciones de campo intenso o para realizar una astronomía de ondas gravitacionales de precisión, principalmente de cuerpos estelares masivos o de sistemas estelares binarios altamente asimétricos (en masa), va más allá de las prestaciones esperadas de los detectores avanzados y de sus actualizaciones posteriores. Por ejemplo, las limitaciones fundamentales a baja frecuencia de la sensibilidad de los detectores de segunda generación vienen dadas por el ruido sísmico , el ruido del gradiente gravitacional asociado (el llamado ruido newtoniano) y el ruido térmico de la última etapa de la suspensión y de las masas de prueba.

Para superar estas limitaciones son necesarias nuevas infraestructuras: un emplazamiento subterráneo para el detector, para limitar el efecto del ruido sísmico, e instalaciones criogénicas para enfriar los espejos y reducir directamente la vibración térmica de las masas de prueba. ^[1]

A través de sus cuatro grupos de trabajo técnicos, el proyecto ET-FP7 está abordando las cuestiones básicas para la realización de este observatorio propuesto: ubicación y características del sitio (WP1), diseño de la suspensión y tecnologías (WP2), topología y geometría del detector (WP3), requisitos de capacidades de detección y potencialidades astrofísicas (WP4).

ET es un proyecto de estudio de diseño del Programa Marco Europeo (FP7). Ha sido propuesto por ocho institutos europeos líderes en investigación experimental de ondas gravitacionales, coordinados por el Observatorio Gravitacional Europeo : ^[2]

• Observatorio gravitacional europeo
• Instituto Nacional de Física Nuclear
• Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e. V. , actuando a través del Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik
• Centro Nacional de la Investigación Científica
• Universidad de Birmingham
• Universidad de Glasgow
• Nikhef
• Universidad de Cardiff

Aunque todavía se encuentra en la fase inicial de estudio de diseño, se han establecido los parámetros básicos. ^[3]

Al igual que KAGRA , estará ubicado bajo tierra para reducir el ruido sísmico y el "ruido de gradiente gravitacional" causado por objetos en movimiento cercanos.

Los brazos tendrán 10 km de largo (en comparación con los 4 km de LIGO y los 3 km de Virgo y KAGRA) y, al igual que LISA , habrá tres brazos en un triángulo equilátero, con dos detectores en cada esquina.

Para medir la polarización de las ondas gravitacionales entrantes y evitar una orientación a la que el telescopio sea insensible, se requieren al menos dos detectores. Si bien esto se podría hacer con dos interferómetros de 90° a 45° entre sí, la forma triangular permite compartir los brazos. El ángulo de 60° de los brazos reduce la sensibilidad de cada interferómetro, pero esto se compensa con el tercer detector, y la redundancia adicional proporciona una verificación cruzada útil.

Cada uno de los tres detectores estaría compuesto por dos interferómetros, uno optimizado para operar por debajo de 30 Hz y otro optimizado para operar a frecuencias más altas .

Los interferómetros de baja frecuencia (1 a 250 Hz) utilizarán ópticas enfriadas a 10 K (−441,7 °F; −263,1 °C), con una potencia de haz de aproximadamente 18 kW en cada cavidad del brazo. ^{[3] : 15–16} Los de alta frecuencia (10 Hz a 10 kHz) utilizarán ópticas a temperatura ambiente y una potencia de haz recirculante mucho mayor de 3 MW. ^{[3] : 15}

En el campus Randwyck de la Universidad de Maastricht , en los Países Bajos, se ha construido un prototipo o centro de pruebas llamado ETpathfinder . ^[4] La instalación fue inaugurada en noviembre de 2021 por la ministra holandesa de Educación, Cultura y Ciencia , Ingrid van Engelshoven . El líder del proyecto es el profesor Stefan Hild. ETpathfinder será un centro de investigación útil por derecho propio una vez que se haya construido el ET. Los sitios candidatos para el ET son la eurorregión Mosa-Rin, Cerdeña y Sajonia. ^{[5] [6] [7]}

En 2015, la Eurorregión Mosa-Rin, concretamente la zona rural entre Maastricht, Lieja y Aquisgrán, fue mencionada como uno de los posibles emplazamientos del proyecto. La Eurorregión Mosa-Rin cuenta con un terreno estable y con unas condiciones ambientales mínimas, pero también dispone de una red de socios expertos con los que cooperar, empresas que pueden proporcionar entornos de vida y de trabajo agradables, accesibles y de alta tecnología.

El telescopio Einstein, situado en la eurorregión Mosa-Rin, se compone de un túnel de forma triangular con brazos de 10 kilómetros de longitud. El telescopio se situará a una profundidad de entre 250 y 300 metros bajo tierra. En los tres vértices se abrirán grandes cámaras subterráneas. Por los brazos de 10 kilómetros, los tubos del túnel, pasan rayos láser . Un rayo láser se divide en dos haces que se reflejan en espejos situados en los extremos de los brazos, en las cámaras subterráneas. Desde los tres vértices, un ascensor llegará hasta el nivel del suelo. A través de estos pozos se realizarán las tareas de mantenimiento en el interior del túnel.

A partir de 2021, Nikhef realizará perforaciones exploratorias en Terziet, Banholt , Cottessen y en varios lugares de la zona fronteriza entre Alemania y Bélgica. En abril de 2022, el gobierno holandés puso a disposición 42 millones de euros del Fondo Nacional de Crecimiento para los trabajos preparatorios del telescopio y también reservó 870 millones de euros para la construcción. Dado que el telescopio Einstein es un proyecto internacional, los Países Bajos, Bélgica y Alemania están cooperando en los estudios de viabilidad para el telescopio en la eurorregión Mosa-Rin. Por ejemplo, se están realizando estudios sobre las diferencias en las leyes y regulaciones de planificación y su importancia para el proyecto. Finalmente, estos estudios de viabilidad deberían dar lugar a un libro de licitación, que estará listo en 2025 como muy pronto.

El gobierno italiano está dispuesto a apoyar la candidatura de Sos Enattos ( Cerdeña ) como lugar para la construcción del telescopio junto con el premio Nobel Giorgio Parisi . ^{[8] [9] [10]}

Sos Enattos fue elegido por las características funcionales del proyecto ^[11] del sitio en la isla:

• Ha sido clasificado como uno de los lugares más tranquilos de la Tierra: ^[12] la actividad sísmica que interfiere con la detección de ondas gravitacionales es esencialmente nula. ^[13]
• La presencia de una mina subterránea que serviría para la ubicación del telescopio: la solidez y estabilidad de la roca permiten construir con confianza grandes canteras subterráneas. ^[14]
• La presencia de agua subterránea en la zona reduce la posibilidad de tener problemas de infiltración o ruido sísmico y newtoniano. ^[14]
• El impacto sobre el empleo sería impresionante: en los 9 años de construcción, considerando los efectos directos e inducidos, el empleo se estima en 36.000 unidades, ^[15] con un inducido local (65-75% del importe total) equivalente a una facturación de 4.329 millones de euros. ^[11]

En enero de 2021 se realizaron estudios sismológicos para validar el sitio, instalando 15 estaciones sismométricas cerca de la mina Sos Enattos. ^[16]

En septiembre de 2022, el gobierno de Draghi encargó al presidente del INFN, Antonio Zoccoli, que procediera a la creación del expediente de candidatura de Italia, ^{[17] [18]} confirmando así el compromiso económico de 350 millones de euros ya asignado por la Región de Cerdeña. ^[19]

• Pruebas de la relatividad general
• EGO , el Observatorio Gravitacional Europeo
• LIGO , dos detectores de ondas gravitacionales ubicados en Estados Unidos
• Virgo , un detector de ondas gravitacionales ubicado en Italia
• GEO 600 , un detector de ondas gravitacionales ubicado en Hannover , Alemania
• Cosmic Explorer , un observatorio terrestre de ondas gravitacionales de tercera generación propuesto
• Einstein@Home , un programa informático distribuido voluntario para ayudar a los equipos LIGO/GEO a analizar sus datos
• Programa Taiji en el Espacio , un detector de ondas gravitacionales chino basado en el espacio

• Fundamentos de los detectores de ondas gravitacionales interferométricas por Peter R. Saulson , ISBN 981-02-1820-6 . 
• La sinfonía inacabada de Einstein de Marcia Bartusiak, ISBN 0-425-18620-2 . 
• La sombra de la gravedad: la búsqueda de ondas gravitacionales de Harry Collins, ISBN 0-226-11378-7 . 
• Viajando a la velocidad del pensamiento de Daniel Kennefick, ISBN 978-0-691-11727-0 . 
• Estudio de diseño conceptual del telescopio de ondas gravitacionales de Einstein ET-0106C-10.
• Sitio web del telescopio Einstein EMR.