Tianqin, un proyecto chino para detectar ondas gravitacionales en el espacio

Por Daniel Marín, el 11 junio, 2020. Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • China ✎ 49

En 2016 se pudo confirmar la detección directa de ondas gravitacionales usando el observatorio LIGO. Este descubrimiento ha abierto una nueva ventana en la astronomía, una ventana limitada por el tamaño de los interferómetros terrestres. Efectivamente, si queremos acceder a las ondas de mayor longitud de onda —y menor frecuencia— necesitamos un interferómetro tan grande que no cabe en la Tierra. No queda otra opción que salir al espacio. Precisamente, la Agencia Espacial Europea (ESA) quiere lanzar en 2034 el interferómetro espacial LISA para detectar ondas gravitacionales. Pero no es la única potencia espacial interesada en este tema. China ha declarado su interés en las ondas gravitacionales y está desarrollando el proyecto Tianqin para detectar este tipo de ondas desde el espacio.

Las tres naves de Tianqin alrededor de la Tierra respecto la posición del sistema J0806 (Jun Luo et al.).

Tianqin (天琴, que se puede traducir como «arpa celeste») nació en 2014 y su objetivo es detectar ondas gravitacionales con una frecuencia en el rango de milihertzios (0,1 a 100 mHz), que coincide con la zona de frecuencias que explorará LISA. Eso sí, Tianqin será mucho más modesto y menos sensible que LISA, por lo que su diseño también será diferente. Mientras que LISA estará formado por tres satélites en órbita solar, Tianqin dispondrá sus tres unidades en órbitas alrededor de la Tierra formando un triángulo equilátero de unos cien mil kilómetros de lado (los satélites de LISA estarán separados 2,5 millones de kilómetros). El empleo de órbitas terrestres tiene la ventaja de facilitar el lanzamiento y las comunicaciones, aunque la mantener estabilidad de la formación puede ser más complicado. Por lo demás, las tecnologías a usar son parecidas a las de LISA, por lo que China deberá desarrollar micropropulsores de gas capaces de mantener una orientación exquisita con respecto a las masas de prueba de cada satélite y a las otras unidades de la constelación. La inteferometría estará basada en el empleo de láseres de 4 vatios de potencia que usarán telescopios con un espejo de 20 centímetros de diámetro (cada haz láser será una «cuerda» del «arpa»).

Sensibilidad de LIGO y Tianqin (varias posibles) (Jun Luo et al.).

En principio, Tianqin se usará para detectar las ondas gravitacionales de un único objeto celeste: RX J0806.3+1527, más conocido como J0806 a secas. Se trata de un sistema binario formado por dos enanas blancas que giran muy cerca la una de la otra a 400 kilómetros por segundo. Se cree que J0806 podría ser una de las principales fuentes de ondas gravitacionales de la Galaxia (LIGO ha detectado ondas provenientes de objetos mucho más lejanos). Si Tianqin tiene éxito, podría detectar las primeras ondas gravitacionales producidas por enanas blancas. Tianqin observará el sistema J0806 durante dos periodos de tres meses a lo lago de un año, una limitación que se debe a la necesidad de mantener los telescopios lejos de la luz solar.

Prototipo del sistema: el satélite Tianqin 1 (China Science).
Micropropulsor de un micronewton desarrollado para Tianqin (CGTN).

No obstante, la agencia espacial china está estudiando la posibilidad de hacer de Tianqin un proyecto algo más ambicioso que permita la detección de otros objetos, convirtiendo la misión en un verdadero observatorio de ondas gravitacionales. En diciembre de 2019 China lanzó el prototipo Tianqin 1 (天琴一号技术试验卫星), de 35 kg, a bordo de un cohete CZ-4B para experimentar con seis tipos de tecnologías que se usarán en la misión final. Los resultados han sido aparentemente satisfactorios, lo que ha permitido dar luz verde al proyecto. El lanzamiento del observatorio Tianqin está planeado para el periodo 2031-2035, aproximadamente, aunque antes se lanzarán otros satélites demostradores. Después de observar el sistema J0806, se espera que pueda observar otros objetos. Tianqin no es el único proyecto de detector espacial de ondas gravitacionales además de LISA. Por ejemplo, Japón está desarrollando el programa DECIGO (Deci-Hertz Interferometer Gravitational wave Observatory), dedicado a las ondas con una frecuencia de decihertzios. Y China ha propuesto un proyecto aún más ambicioso denominado Taiji (太极), similar a LISA. Lo que son buenas noticias. Cuantas más «arpas espaciales» existan, más probable será que suenen al compás de las ondas gravitacionales generadas por todo tipo de lejanos objetos masivos… y más aprenderemos del cosmos.

Referencias:

  • http://www.xinhuanet.com/english/2020-05/22/c_139076528.htm
  • https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0264-9381/33/3/035010/pdf
  • https://arxiv.org/pdf/2004.14242.pdf


49 Comentarios

  1. Impresionante como están avanzando las misiones científicas Chinas, me parece fascinante que también se sumen a la caza de las ondas gravitacionales, en el espacio…

    La década del 30 promete darnos muchas sorpresas en este campo…

    1. Esperemos que para 2035 China no haya acabado con la raza humana (3 de las últimas 4 pandemias han venido de ese país), y para entonces haya alguien en el planeta Tierra para estudiar los datos de Tianquin.

        1. ¿Estás diciendo que no es cierto que 3 de las 4 últimas pandemias del planeta han venido de China? No sé qué pretendes con tu perorata, pero lo del racismo está demasiado visto (bueno, parece que vas de íntegro y tal, pero simplemente mezclas churras con merinas en tu propio interés, ya que no tienes otro argumento). No soy racista ni xenofobo (que es lo que tratas de hacer ver). Los hechos son los hechos, te gusten o no.

      1. Con pensar un poco es fácil darse cuenta que echarse los virus a si mismos no es nada inteligente, tampoco practico, es extremadamente fácil echárselos a los demás y sobre todo mucho mas efectivo.
        Si pensara como tu, seguramente creería que alguien se los esta echado a ellos…

        1. Andreu, te reitero que 3 de las 4 últimas pandemias del planeta han venido de China. Eso es un hecho. No trato de echar nada a nadie, simplemente es constatar una certeza. Debo reconocer que al menos no tiras de demagogia, eres más racional que fisivi, ese admirador de Marx.

          1. Sí, muy racional eres. Las enfermedades van a acabar con la Humanidad, claro. Y todas vienen de China.

            Veamos. El 19% de las personas son chinas. Incluso si lo que comentas es cierto, no es extraordinario. La probabilidad de que 3 de 4 pandemias se originen en China es de 19%³ * 81% = 0.56%. Una de cada 200 veces, por redondear.

            Ni siquiera los países que se han quedado de brazos cruzados con la llegada del coronavirus, nos van a matar. Y, dicho sea de paso, China es uno de los países que mejor ha actuado con la pandemia hasta ahora.

  2. Yo tenía anotados como futuros «telescopios» espaciales de ondas gravitacionales: LISA, DECIGO, TianQin, BBO y ALIA (pero los dos últimos están muy, muy verdes). Me alegra ver que siguen adelante los otros tres.

  3. 2031-2035 para el despliegue se me hace mucho tiempo. Sospecho que sera el tiempo estimado para desarrollar la tecnología necesaria propia del experimento.
    Puede que el presupuesto disponible tampoco acompañe. El objetivo es estudiar un caso particular y no parece que luego se lo pudiera ‘apuntar’ a otro. es asi?
    Sí, comparado con la demora como para aterrizar un cacharro tripulado en la Luna me parece bastante tiempo.

  4. Es sabido que según la teoría de Einstein, toda masa produce deformaciones del espacio-tiempo. Sin embargo, comparada con las otras fuerzas, la gravedad es extremadamente débil, por lo que se necesitan grandes masas y grandes velocidades para que se produzcan deformaciones detectables con las herramientas disponibles en la actualidad. Por esta razón, para ‘oírlas’ desde la tierra, es necesario esperar a que se den fenómenos astronómicos de gran violencia. Los más potentes son las colisiones de agujeros negros, como la que dio lugar a las ondas detectadas en su momento por LIGO. Pero también emiten ondas los choques entre estrellas de neutrones, la rotación a gran velocidad de una estrella de neutrones que tenga deformaciones en su superficie o la formación de supernovas. Al igual que podrían generar ondas detectables ciertos comportamientos de las cuerdas cósmicas (objetos que por ahora figuran en el arcón de las teorías).
    Si hablamos de grandes masas y velocidades, J0806 es un Sistema binario formado por dos enanas blancas (estrellas de enorme densidad) que giran a 400 kilómetros por segundo, muy cercanas la una a la otra a 80.000 kms. de distancia (1/5 parte de la distancia entre la Tierra y la Luna¡!), orbitando entre si cada 321.5 segundos deduciendo de esto último dos cosas: la primera: que el año dura 5,4 minutos y la segunda: que de existir seres vivos en este sistema, deben vivir de jarana en jarana, festejando el cumpleaños cada 5,4 minutos.

    1. Muy interesante. Los chinos están lanzados en todos los campos. Gracias Rafael he a JacOBO-6 con tu magnífica descripción y me propongo bautizarlo así para no olvidarme de este sistema binario discotequero. Gracias.

        1. Muy creativo llamar a JO806, JacOBO-6. Tal vez también podría ser: Jo. Bob Marley (Jo., de Jamaiquino), un enorme músico de la fiestera música reggae. (Mmm…, pensando en mi sobrino de 7, podría ser algo con Bob esponja?).

          1. Mucho mejor ! Más conocido. Muy querido. Jo Bob

            JoBob estrella doble alucinante, cantante y gravitante.

            🙂

  5. Un proyecto muy sugerente.

    Pienso que las frecuencias más bajas, quizá las menos exploradas, ya sean de origen gravitatorio o electromagnético, tienen mucho potencial para conocer el universo. Y quizá para la comunicación con civilizaciones remotas, porque pueden sortear obstáculos inmensos.

    1. Fisivi, ¿qué piensas que aportarían las frecuencias más bajas electromagnéticas para conocer el universo?, ¿qué aportarían las frecuencias más bajas gravitacionales para conocer el universo?.
      Para una posible comunicación extraterrestre, ¿qué obstáculos pueden sortear las ondas electromagnéticas con frecuencias más bajas?, ¿qué obstáculos pueden sortear las ondas gravitacionales con frecuencias más bajas?. Ambas, ¿qué alcance en MegaParsecs tendrían?.

        1. Northrop Grumman? Aquí está el último clavo en el atúd de la Gateway… Le han asignado $187 millones de dólares de presupuesto, me imagino que con 10 años de retraso y 900 millones de sobrecostes después, tendremos Gateway.

        2. Northrop Grumman ganó el módulo HALO de la Gateway el año pasado…
          Lo de ahora es sólo la confirmación del dinero para hacer el diseño. Y a partir de ahí decidir el precio final.
          Sí, es caro, va a salir caro. Veremos cuánto de caro. Mi esperanza era que la miniGateway saliera por menos de 1.200 millones, yo creo que ahora nos vamos a los 1.500 fijo.

      1. En auxilio de Fisivi…
        En qué problema lo metió Antonio… (ya que no es una respuesta tan fácil), no tengo el honor de ser físico (o astrofísico) como usted, uno tiene un bagaje de conocimientos que va adquiriendo por el amor y el sentido de trascendentalidad que le genera el Espacio, pero voy a tratar de darle una mano a Fisivi.
        Hay un artículo muy interesante sobre el tema que lo comparto con la Comunidad Danielmarina que es de ABC Ciencia del 13/05/19:

        (*I) «¿Y si los extraterrestres se comunican a través de ondas gravitacionales?»

        Basado a su vez en un estudio de un equipo de científicos a cargo de Marek Abramowicz, perteneciente a la universidad sueca de Gotemburgo (*II).

        Haciendo un resumen:
        Para Abramowicz y su equipo, una civilización suficientemente avanzada, sabiendo de la propiedad única de nuestro centro galáctico que alberga el agujero negro masivo (Sagitario A) más cercano y accesible a nosotros, puede haber colocado tecnología en órbita de este agujero negro para estudiarlo, extraer energía de él y/o con fines de comunicación, siendo necesariamente su movimiento orbital una fuente de ondas gravitacionales. Transcribiendo parte del artículo: «en otras palabras, los investigadores creen que el centro de la Vía Láctea sería un lugar perfecto para colocar una baliza que transmita mensajes al resto de la galaxia. Un dispositivo como ese, enviaría sus mensajes utilizando ondas gravitacionales porque una vez emitidas, viajan a través del espacio sin ser prácticamente perturbadas».
        Según Abramowicz y su equipo, además, bastaría con un pequeño cambio operativo en la antena de la misión LISA para que esa misión pudiera también buscar las señales transmitidas por hipotéticas civilizaciones extraterrestres avanzadas.

        Agregado:
        Se supone por ahora que los
        gravitones (que forman las ondas gravitacionales) son partículas sin masa por lo que se propagan en el espaciotiempo a la velocidad de la luz en el vacío. Como no interaccionan con casi nada pueden propagarse por el Universo y transmitir información no perturbada.
        Muchas cosas están por ahora en teoría respecto a la ondas gravitacionales: frecuencia, amplitud, longitud, si tienen masa o no, si tienen sólo dos polarizaciones, como las ondas electromagnéticas o seis?… Seguramente a medida que se vallan descubriendo propiedades, se sabrá cuáles son sus mejores aportaciones para conocer mejor el Universo.

        (*I)
        https://www.abc.es/ciencia/abci-y-si-extraterrestres-comunican-traves-ondas-gravitacionales-201905130858_noticia.html

        (*II) https://arxiv.org/abs/1903.10698

        1. El uso de las ondas gravitacionales para comunicarse, hoy por hoy es ciencia ficción. Pero de las ondas electromagnéticas se sabe que mientras más largas sean, más grandes son los obstáculos que pueden «rodear». Por ejemplo, no podemos comunicarnos directamente con la cara oculta de la Luna con ondas de radio convencionales, pero sí que podríamos con longitudes de onda del orden de miles de km, aunque quizá se necesitase una gran potencia, y mucha paciencia, por lo lento de la comunicación. Otra ventaja es que a esas frecuencias hay muy pocas fuentes de ruido.

          1. Bueno, el problema es que la cantidad de información que puedes transportar en una onda gravitacional es muy poca, por la muy baja frecuencia.
            Por ejemplo, comparado con un láser de alta potencia, no hay ni punto de comparación.
            Otra cosa es que, lo que parece que estáis proponiendo, es una especie de legado de comunicación: un estuvimos aquí (como también dijo Sagan pero ya no me acuerdo)

          2. Fisivi … respecto al conocimiento del universo, ¿que aportarían las frecuencias más bajas de ambos tipos de ondas?.

          3. Pochimax:
            Detectar una señal de vida inteligente extraterrestre, aunque fuese a un bit por minuto, y con imposibilidad de distinguir su fuente, me parecería una noticia de lo más trascendente.

          4. Bueno, claro, y a mí también me lo parece.
            ¿lo utilizarán los alien para mandarse información? me parece raro.
            ¿lo utilizarían los alien para mostrarse / exhibirse ante el resto de la galaxia? quizá sí.

          5. Más que por exibicionismo, esas frecuencias estaría bien usarlas para dar en todas las direcciones la información mínima necesaria, como la posición y la frecuencia a la escucha, para iniciar una comunicación direcccional y mucho más rápida, por ejemplo mediante microondas.

          6. A mi modo de ver,para comunicarse, las ondas gravitacionales no tienen ninguna ventaja respecto de otras, en realidad interaccionan con la masa que se cruza en su camino, podría ser esta una característica útil ya que alguna información deben llevarse con ellas en cada interacción. No puedo ni imaginar la cantidad de energía que seria necesaria para crear ondas gravitacionales artificialmente y capaces de cruzar la galaxia con alguna posibilidad de éxito, los fotones de toda la vida parecen bastante mas adecuados, de todos modos no creo que nadie muy evolucionado pensara en mandar bits a 0,1 hz por estas galaxias del universo a potencias capaces de agotar la batería de una estrella en cada mensaje.
            Saludos.

    1. Es verdad Pochimax, la diferencia es enorme ‘onda gravitacional por ejemplo versus láser de alta potencia’… para nuestra civilización/tecnología que apenas hace 150 años andaba a caballo. Hace 150 años seguro decían ‘el aire tiene muy poca capacidad de sustentación en comparación a la tierra o al mar para realizar cualquier clase de transporte’. En realidad no soñaban (en sentido práctico) en que alguna vez se podría volar. Así hay varias comparaciones. No es que una tecnología anula a la otra, sino que cada nueva tecnología se aplica para cosas específicas y diferentes. Estamos viendo por ejemplo que el sistema de viaje por propulsión iónica o por viento solar(!) para hacer viajes interestelares con el empuje mínimo pero constante de la luz solar, potenciado con un rayo láser es al día de hoy la opción más válida por ejemplo para llevar una mininave a otro sistema solar y alcanzar una velocidad aproximada del 20 % de la velocidad de la luz.
      ¿Quién sabe qué dirán de nuestra tecnología y de lo que pensabamos que podiamos hacer dentro de 150 años?

  6. Aprovecho para preguntarle a Daniel si sabe algo del «famoso» y polémico VASIMR.Hace ya unos años que no veo nada de eso en este bloc.Esta cancelado?O es que al final el uso de energía no compensaba su aplicación?

    1. En efecto, Marcos, las necesidades de energía de ese tipo de motor de plasma son tan altas que, simplemente, no compensa. Al menos de momento. Para llegar a Marte en 39 días (uno de los slogans de sus promotores) necesitas un enorme reactor nuclear capaz de producir 200 MW con sus correspondientes radiadores para el calor residual (del tamaño de un campo de fútbol), y es que hay que diferenciar entre la potencia térmica que genera un reactor nuclear y la potencia eléctrica útil, que suele ser en torno a un 30% de esa potencia térmica o nominal. Para generar 200 MW de potencia eléctrica el generador nuclear debe ser capaz de producir aproximadamente 600 MW de potencia térmica y la diferencia es el calor residual que hay que refrigerar, sea con agua (reactores comerciales, reactores de buques, etc) o con refrigeradores (reactores espaciales).

      Para poder llevar a la práctica la idea del VASIMR hay que ser capaces de fabricar reactores mucho más eficientes y compactos. Ten en cuenta que el reactor de un submarino nuclear de ataque (esto es, un submarino de patrulla cazasubmarinos, los lanzamisiles son otra categoría) estadounidense de la clase Seawolf es de «solo» 34 MW, y los portaaviones clase Gerard Ford disponen de dos reactores de 700 MW cada uno para una generación conjunta de energía de 385 MW.

      En cuanto a la entrada de hoy, muy interesante. Los chinos se van poniendo también las pilas en ciencia espacial. Dentro de una década muy posiblemente estén a la cabeza o a la par que EEUU en este campo.

      1. Se te ha colado que dos reactores de 700 conjuntamente dan 385. Logicamente es al revés, un lapsus sin más, pero por si acaso.

        En 10 años los chinos no pillan al JPL y la NASA en materia de invertigación científica. En 25 es probable, pero en 10 fijo que no.

        Y el Vasimir es un fracaso total. Puestos a llevar un reactor nuclear de 200 MW a bordo para alimentar a tu motor, más sencillo llevar un motor térmico nuclear (que ya es decir) y ahorrarte el intermediario, ¿no?

        1. No, David U. Se trata de producción conjunta de los dos reactores.

          Cada uno de los dos reactores A1B que equipan al portaeronaves «Gérard Ford» genera 700 MW de potencia térmica que permiten generar 125 MW de electricidad y 350.000 caballos de potencia (260 MW) para el grupo propulsor de las hélices. En total, 1.400 MW térmicos para generar 385 MW de potencia, es decir, una eficiencia del 27%.

          Tienes más información sobre estos reactores en:

          https://en.m.wikipedia.org/wiki/A1B_reactor

          Y sí, estoy de acuerdo con que, con esa eficiencia, es una tontería llevar un reactor nuclear al espacio para generar electricidad para un sistema de plasma. Por ejemplo, los radiadores serían mucho más grandes que el resto del vehículo, por no hablar de las muchas decenas o cientos de toneladas que pesaría esa planta nuclear.

          Hay que investigar mucho todavía (sobre todo en materiales superconductores, para aumentar la eficiencia de la generación eléctrica nuclear) antes de tratar de montar un sistema de propulsión por plasma de alta potencia para viajes tripulados rápidos.

          1. Gracias Hilario. Había asumido que hablabas solo de elctricidad. Ya me parecía que 700MW para un barco, por grande que sea, era un salvajada, pero en fin, ahora ya me queda claro.

    2. El polémico VASIMR no está cancelado… y en este blog cada tanto alguien plantea la misma pregunta o el tema sale a colación en relación a otro asunto, por ejemplo…

      16 de Marzo de 2020
      danielmarin.naukas.com/2020/03/16/exomars-2018-exomars-2020-y-ahora-exomars-2022/#comment-487993

      18 de Marzo de 2020
      danielmarin.naukas.com/2020/03/18/falla-el-primer-lanzamiento-del-cohete-larga-marcha-cz-7a/comment-page-2/#comment-488316

      16 de Mayo de 2020
      danielmarin.naukas.com/2020/05/16/europa-lander-aterrizando-en-una-luna-de-jupiter-en-2035/comment-page-2/#comment-494387

  7. Fantástico es probable que se aproxime una nueva era en la astrofísica y es que entre el LISA y este grabiscopio espacial podrían revelar los más profundos secretos del universo

  8. Soñando despierto.
    Si las distintas agencias coordinaran sus objetivos, cada una podría hacer su propio desarrollo de acuerdo sus inmediatas metas, pero al compartir criterios
    Y protocolos operativos, luego se podrían acoplar los diversos sistemas y obtener una capacidad muy superior a la que pueden lograr individualmente.

    1. La verdad que sí Roberto! 👏 ¡Que grande sería ! Pero vivimos en el planeta del Homo Sapiens que en muchas cosas se sigue comportando más como Homo que como Sapiens.

  9. Lo leí en ABC Ciencia, me pareció muy interesante. Además dice, a colación de lo que estamos viendo en esta entrada y para los que no leyeron el artículo, que el experimento podría algún día permitir que los condensados de Bose-Einstein formen la base de instrumentos ultrasensibles para detectar entre otras cosas, las ondas gravitacionales y la energía oscura.(*I)/ (*2)

    Otros descubrimientos nuevos de la materia interesantes:

    * La nueva fase de la materia que es sólida y líquida al mismo tiempo. (*3)

    * La nueva fase líquida de la materia nemática que es ferroeléctrica, de cristal líquido. (*4)

    —-

    (*1)
    https://www.abc.es/ciencia/abci-nasa-crea-quinto-estado-materia-espacio-202006111350_noticia.html

    (*2)
    https://www.nature.com/articles/s41586-020-2346-1

    (*3)
    https://www.bbc.com/mundo/noticias-47871445

    (*4)
    https://m.europapress.es/ciencia/laboratorio/noticia-nueva-fase-liquida-materia-nuevo-universo-materiales-20200611102400.html

  10. Toda la teoria de las ondas gravitaciónales depende de la existencia como particula del graviton, una particula hipotetica que no tendria masa ni emitiria radiación. Como es imposible que una particula asi se pueda detectar toda esta teoría es hablar por hablar. Pura fantasia. Peor que la homeopatia, en la cual el principio activo está muy diluido, pero está. Aquí ni está ni se le espera encontrar.

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Por Daniel Marín, publicado el 11 junio, 2020
Categoría(s): Astronáutica • Astronomía • China