LISA kosmická loď dokončí průlomový test gravitačních vlnových pozorování

Mise LISA Pathfinder by nám mohla pomoci lépe porozumět meteorům, asteroidům, satelitům a různým dalším projektilům, které se kolem vesmíru zabírají nepředstavitelnými rychlostmi, ale má jeden hlavní cíl: ověřit potenciál pozorování a studia gravitačních vln pohybujících se vesmírem. Více než 900 000 kilometrů od Země, prototyp kosmické lodi vzal jeden obrovský skok blíže k tomuto cíli. V novém článku publikovaném v Fyzická recenze dopisů tým LISA odhalil, že testy volného pádu LPF byly průlomovým úspěchem, překročily počáteční očekávání a působily s přesností, která je více než pětkrát lepší, než bylo původně požadováno.

Když Evropská kosmická agentura nakonec loni v prosinci vypustila nejmodernější kosmickou loď, věděli jsme o ničem jiném o gravitačních vlnách - kromě toho, že jsme měli opravdu dobrý pocit, že tyto vlnky v časoprostoru poprvé předpokládal Albert Einstein.. Pak vlastně vědci nalezeno gravitační vlny - pomocí dvojice ultracitlivých přístrojů na povrchu Země detekují velmi slabé signály gravitačních vln, které byly vytvořeny párem masivních černých děr, které se srazily do sebe.

Objev LIGO byl přínosem pro projekt LISA, protože zjistil, že gravitační vlny jsou skutečně pozorovatelné. Objevení LIGO samozřejmě bylo něco jako „správné místo ve správný čas“. Abychom skutečně věděli o gravitačních vlnách a umožnili nám nahlédnout do toho, co vesmír vypadá za elektromagnetickým spektrem, musíme být schopni pozorovat tyto druhy signálů při nízkých frekvencích - možná až 0,1 Hz. To znamená, že potřebujete systém, který pozoruje drobné blikání v časoprostoru na vzdálenost až milion mil, bez zásahu ze seismické, tepelné nebo pozemní aktivity. To se nestane na Zemi.

Einstein předpověděl přítomnost gravitačních vln, když vyvinul svou teorii relativity. „O jedno století později jsme připravili půdu pro první rozsáhlou observatoř gravitačních vln ve vesmíru,“ řekl Fabio Favata, ředitel koordinačního úřadu pro vědní ředitelství ESA. Protože gravitační vlny se pohybují vesmírem bez překážek, poskytují vědcům kosmologický pohled na svět, který je transparentní. Favata přirovnal gravitační vlny ke zvukům lesa, které poskytují vodítka k tomu, co existuje mezi hustými hustými rostlinami stromů - slyšenými ale neviditelnými. Nástroje používané k nalezení gravitačních vln jsou mikrofony, které nám pomáhají naslouchat těmto zvukům.

Co nám vlastně mohou gravitační vlny pomoci ukázat o vesmíru? I když existuje naděje, že tyto signály nám mohou pomoci lépe charakterizovat hvězdné populace v galaktických oblastech, hlavní výhodou by bylo pomoci lépe porozumět černým dírám. Černé díry, které chytí všechno v jeho blízkosti, včetně světla, jsou nesmírně tajemným jevem, o němž astrofyzici málo vědí. Gravitační vlny by konečně mohly poskytnout druh informací, které potřebujeme k posouzení úplnějšího pohledu na to, jak černá díra vypadá, jak se chová, jak se vyvíjí atd.

Proto jsou nejnovější výsledky mise LISA Pathfinder tak důležité. V ideálním případě by vědci odhalili gravitační vlny ve vesmíru tím, že vypustí dva nebo více objektů do vesmíru a ponechají je oddělené stovkami tisíc nebo dokonce miliony mil a vypálí laser mezi těmi objekty, které jsou schopny zachytit na velmi slabých signálech. jako gravitační vlny.

Projekt, jako je tento, by vyžadoval obrovské množství času a zdrojů, takže musíte nejprve prokázat koncepci dříve, než začnete experiment samotný. Vědci ESA tuto koncepci v podstatě zmenšili na jednu kosmickou loď - LISA Pathfinder. V kosmické lodi jsou obsaženy dvě dvoukilogramové zlato-platinové hmoty, které byly v únoru propuštěny do vakuové komory, přičemž první den provozu začíná 1. března. Objekty jsou příliš blízko k sobě, aby mohla být měřena gravitační vlna Ale prostředí LISA Pathfinder umožňuje vědcům určit, zda je možné, aby tyto objekty dosáhly dokonalého volného pádu, ve kterém je jejich pohyb ovládán pouze gravitací. Observatoř ve velkém měřítku by potřebovala stejný druh validace - že vnější síly by nevykazovaly přílišný gravitační vliv na objekty.

LISA Pathfinder změřil relativní zrychlení mezi dvěma objekty pomocí laserového interferometru, který mohl detekovat změny v měřítku nižším než deset milióntin miliardtiny gravitačního zrychlení Země - což odpovídá hmotnosti viru na Zemi. Co je ještě bláznivější: Interferující „hluk“ měřený kosmickou lodí byl 100krát nižší než očekávání vědců ESA. Schopnost měřit skutečný volný pád je klíčovým milníkem směrem k rozsáhlému studiu gravitačních vln ve vesmíru a nyní staví projekt LISA na kratší cestu směrem ke konečnému cíli budování a spouštění observatoře gravitačních vln.

Agentura ESA předložila rok 2034, ve kterém bude zahájena rozsáhlá observatoř gravitačních vln. Lasery by měřily výkyvy v objektech oddělených miliony mil ve třech kosmických lodích umístěných v trojúhelníkovém provedení.