Euroopan avaruusjärjestö ESA on äskettäin hyväksynyt virallisesti ensimmäisen kokeellisen hankkeen gravitaatioaaltojen mittaamiseksi avaruudessa. Laser Interferometric Space Antenna (LISA) -niminen projekti havaitsee kosmisten tapahtumien, kuten supermassiivisten mustien aukkojen sulautumisen, laukaisemat massiiviset avaruusaaltoilut analysoimalla lasersäteen etenemisen tarkkaa ajoitusta yli 2,5 miljoonan kilometrin säteellä. aurinkokunta.
Euroopan avaruusjärjestö ilmoitti 25. tammikuuta, että usean miljardin euron matkan rakentaminen alkaa vuonna 2025, ja se suunnitellaan vuonna 2035. "Tehtävä on erittäin innovatiivinen ja avaa ikkunan gravitaatioaaltojen lähteille, jotka vain LISA voi havaita", sanoi Valeriya Korol, astrofyysikko Max Planckin astrofysiikan instituutista Garsingissa, Saksassa, joka on jäsen LISA-yhteistyössä. tiimi.
Mikä tekee LISAsta ainutlaatuisen maassa sijaitseviin ilmaisimiin verrattuna, on sen kyky havaita gravitaatioaaltoja alhaisemmilla taajuuksilla, mikä tarkoittaa, että se voi valaista paljon suurempia ja kauempana olevia kosmisia ilmiöitä, kuten toisiaan kiertäviä mustia aukkoja, jotka ovat laajuudeltaan paljon laajempia. ja etäisyys kuin ne, jotka havaittiin ensimmäisen kerran maassa sijaitsevassa Laser Interferometric Gravitational Wave Observatoryssa (LIGO) vuonna 2015.
LISA-projektia on valmisteltu pitkään, muistelee Karsten Danzmann, Max Planckin painovoimafysiikan instituutin johtaja Hannoverissa Saksassa ja LISA-konsortion johtaja, joka kirjoitti LISA-ehdotuksen alun perin 31 vuotta sitten. Kokeen tarkoituksena on havaita gravitaatioaallot mittaamalla etäisyys (metrin biljoonasosaan), jolla laser kulkee kahden miljoonien kilometrien päässä olevien massapisteiden välillä niin tarkasti, että käytännössä mikään muu kuin aika-avaruus itse ei voi vaikuttaa massapisteitä.Karsten Danzmann luottaa hankkeen toteutumiseen ja totesi, että "Aluksi ihmiset pitivät ideaa naurettavana, mutta minä käskin heitä olemaan kärsivällinen."
LISA-tehtävä Kultainen kolmio:Gravitaatioaaltojen havaitseminen avaruudessa
LISA-ohjelma koostuu kolmesta yhtenäisesti konfiguroidusta avaruusaluksesta, jotka kiertävät aurinkoa tasasivuisen kolmion muodossa (kuva 1). Jokaisen avaruusaluksen sisällä on kullasta ja platinasta valmistettu 4,6 cm pitkä kelluva kuutio. Käyttämällä lasereita näiden kuutioiden välisten suhteellisten etäisyyksien tarkkaan mittaamiseen, LISA pystyy havaitsemaan gravitaatioaaltojen aiheuttamia hienovaraisia tilallisia ja ajallisia vaihteluita erittäin suurella tarkkuudella (pikometrien luokkaa eli millimetrin miljardisosaa). Tällaisia muutoksia tuottaa massiivisten esineiden kiihtynyt liike. Näiden hienojen mittausten avulla LISA voi paikantaa gravitaatioaaltojen lähteen, laitetta, jota Valeriya Korol kuvailee "tieteiskirjallisuuden instrumentiksi".
Kuva 1 LISA-avaruusaluksen käsitekaavio. Kolme satelliittia muodostavat kolmion kiertoradalla Auringon ympäri.
Karsten Danzmann huomauttaa, että huolimatta korkean tarkkuuden mittausten tekemistä tällaisilta etäisyyksiltä haasteista, avaruusympäristö on paljon suotuisampi tällaisille kokeille kuin maa. Värähtelyn, ilmakehän häiriöiden ja muiden värähtelyjen puuttuminen avaruudessa tarjoaa lähes täydellisen tyhjiön kokeisiin. Teknologian monimutkaisuus edellyttää kuitenkin, että laitteet ovat erittäin luotettavia, koska niitä ei voida korjata paikan päällä heti lanseerauksen jälkeen.
LISA-projekti on suunniteltu havaitsemaan gravitaatioaaltoja aallonpituuksilla 300,000 kilometriä ja 3 miljardia kilometriä välillä. Alue täyttää maanpäällisen laserinterferometrisen gravitaatioaaltoobservatorion (LIGO) havaitsemiskyvyn välisen aukon. Pulsarin ajoitusjärjestelmä. Se pystyy havaitsemaan gravitaatioaaltoja pidemmillä aallonpituuksilla verrattuna LIGO:hon ja suhteellisen lyhyemmillä aallonpituuksilla verrattuna Pulsar Timing Array -järjestelmään. Tällä hetkellä Pulsar Timing Array tekee tutkimusta gravitaatioaaltojen tarkkailemiseksi ja tutkimiseksi koko galaksissa käyttämällä joitain tähtiä "majakoina", jotka lähettävät määräajoin signaaleja, jotka auttavat tutkijoita havaitsemaan pidempiä gravitaatioaaltojen aallonpituuksia.
LISA:n ja gravitaatioaaltojen havaitsemisen maailmanlaajuisen yhteistyön näkymät
Karsten Danzmann huomauttaa, että erilaiset kokeet tarkkailevat omia ainutlaatuisia ilmiöitään ja tarjoavat täydentävää tietoa, aivan kuten radioteleskoopit ja näkyvän valon laitteet tekevät. Pelkän kokonsa ansiosta LISA pystyy havaitsemaan supermassiivisten mustien aukkojen fuusioiden aiheuttamia gravitaatioaaltoja sekä signaaleja, jotka lähetettiin aiemmin LIGO:n havaitsemassa törmäysvaiheessa. LISA:n odotetaan myös paljastavan ennennäkemättömiä kosmisia tapahtumia. kuten mustien aukkojen kokoiset valkoisten kääpiöiden törmäykset ja epätasaisen massan binaariset mustien aukkojen fuusiot.
Tähtitieteilijät odottavat kokeen havaitsevan varhaisessa universumissa syntyneen gravitaatioaallon taustamelun, joka on teorian ennustama, ja mahdollisesti vangitsevan varhaisimpien mustien aukkojen lähettämät signaalit, Valeriya Korol sanoi.LISA:n odotetaan auttavan tutkijoita ymmärtämään tarkemmin, kuinka universumin laajeneminen on muuttunut mittaamalla etäisyydet sen havaitsemien gravitaatioaaltojen lähteisiin.
Kiina aikoo myös käynnistää 2030-luvulla omia avaruusgravitaatioaaltoilmaisimia, joita kutsutaan avaruusgravitaatioaaltojen havaitsemiseksi "Taiji-ohjelmaksi" ja "Tianqin-ohjelmaksi". Kiinan avaruusgravitaatioaaltojen havaitsemisohjelmaa on auttanut LISA-projektin kehittäminen, mikä parantaa sen toteutusmahdollisuuksia. "Tianqin-ohjelman" ohjelma tunnetaan nimellä kiinalainen ohjelma, ja toisin kuin eurooppalaisessa LISA-ohjelmassa, sen tavoitteena on rakentaa avaruuteen perustuva gravitaatioaaltojen observatorio noin vuoden 2035 tienoilla sijoittamalla kolme täysin synkronista satelliittia geosentrisille kiertoradoille noin 100,000 kilometriä, muodostaen tasasivuisen kolmion tähdistön, jonka sivun pituus on noin 170,000 kilometriä "Tianqin", gravitaatioaaltojen avaruuden havaitsemiseksi. "Taiji-suunnitelma" on pohjimmiltaan sama kuin Euroopan LISA-suunnitelma, heliosentrisellä kiertoradalla noin 50 miljoonan kilometrin päässä Maasta, laukaisee kolme täysin samankaltaista satelliittia, kolmen tähden muodostumisen kiertoradalla, jonka keskipisteenä on aurinko, suunnittelu häiritsevän käsivarren pituudesta eli satelliitin etäisyydestä 3 miljoonaa kilometriä. Tianqin, LISA, Taiji kolme suunnitelmaa, entinen on geosentrinen kiertorata-ohjelma, kaksi jälkimmäistä ovat heliosentrinen kiertorata-ohjelma, tarvitsevat saman ydinteknologian, on myös omat erilaiset tekniset vaikeudet, mutta avaruusgravitaatioaallon havaitseminen on toisiaan täydentävä. ESAn hyväksyntä LISA-ohjelmalle on tärkeä virstanpylväs tiedeyhteisössä.
