Nedávno Európska vesmírna agentúra (ESA) oficiálne schválila prvý experimentálny projekt na meranie gravitačných vĺn vo vesmíre. Projekt s názvom Laser Interferometric Space Antenna (LISA) bude detekovať masívne vlnenie v časopriestore vyvolané kozmickými udalosťami, ako je zlúčenie supermasívnych čiernych dier, analýzou presného načasovania šírenia laserového lúča na vzdialenosť 2,5 milióna kilometrov. solárny systém.
Európska vesmírna agentúra 25. januára oznámila, že výstavba misie v hodnote niekoľkých miliárd eur sa začne v roku 2025, pričom štart je plánovaný na rok 2035. "Misia je vysoko inovatívna a otvorí okno o zdrojoch gravitačných vĺn, ktoré dokáže detekovať iba LISA," povedala Valeriya Korol, astrofyzička z Inštitútu Maxa Plancka pre astrofyziku v Garsing, Nemecko, ktorá je členom spolupráce LISA. tím.
To, čo robí LISA unikátnym v porovnaní s pozemnými detektormi, je jej schopnosť detegovať gravitačné vlny pri nižších frekvenciách, čo znamená, že dokáže vrhnúť svetlo na oveľa väčšie a vzdialenejšie kozmické javy, ako sú čierne diery obiehajúce okolo seba, ktoré majú oveľa väčší rozsah. a vzdialenosť ako tie, ktoré prvýkrát zachytilo pozemné laserové interferometrické gravitačné observatórium (LIGO) v roku 2015.
Projekt LISA sa pripravoval dlho, pripomína Karsten Danzmann, riaditeľ Inštitútu Maxa Plancka pre gravitačnú fyziku v nemeckom Hannoveri a šéf konzorcia LISA, ktorý pôvodne napísal návrh LISA pred 31 rokmi. Cieľom experimentu je odhaliť gravitačné vlny meraním vzdialenosti (s presnosťou na bilióninu metra), v ktorej sa laser pohybuje medzi dvoma hmotnými bodmi vzdialenými milióny kilometrov, s takou presnosťou, že prakticky nič iné ako samotný časopriestor nemôže ovplyvniť pohyb. Karsten Danzmann je presvedčený, že projekt sa zrealizuje, a uviedol, že „Spočiatku si ľudia mysleli, že je tento nápad smiešny, ale povedal som im, aby boli trpezliví.“
Zlatý trojuholník misie LISA:Detekcia gravitačných vĺn vo vesmíre
Program LISA bude pozostávať z troch jednotne nakonfigurovaných kozmických lodí, ktoré budú obiehať okolo Slnka v rovnostrannom trojuholníku (obrázok 1). Vo vnútri každej kozmickej lode je 4,6 cm dlhá plávajúca kocka vyrobená zo zlata a platiny. Použitím laserov na presné meranie relatívnych vzdialeností medzi týmito kockami je LISA schopná s veľmi vysokou presnosťou (rádovo v pikometroch alebo miliardtine milimetra) detegovať jemné priestorové a časové variácie vyvolané gravitačnými vlnami. Takéto zmeny sú spôsobené zrýchleným pohybom masívnych objektov. Tieto jemné merania umožňujú LISA presne určiť zdroj gravitačných vĺn, zariadenie, ktoré Valeriya Korol opisuje ako „nástroj zo sci-fi“.
Obrázok 1 Koncepčný diagram kozmickej lode misie LISA. 3 satelity vytvoria na obežnej dráhe okolo Slnka trojuholník.
Karsten Danzmann poukazuje na to, že napriek problémom s vykonávaním vysoko presných meraní na takéto vzdialenosti je vesmírne prostredie pre takéto experimenty oveľa priaznivejšie ako zem. Absencia vibrácií, atmosférických porúch a iných oscilácií v priestore poskytuje takmer dokonalé vákuum pre experimenty. Zložitosť technológie však vyžaduje, aby bolo zariadenie mimoriadne spoľahlivé, pretože po spustení ho nemožno jednoducho opraviť na mieste.
Projekt LISA je navrhnutý na detekciu gravitačných vĺn vo vlnových dĺžkach od 300,{1}} kilometrov do 3 miliárd kilometrov, čo je rozsah, ktorý vypĺňa medzeru medzi detekčnými schopnosťami pozemného laserového interferometrického observatória gravitačných vĺn (LIGO) a Časovacie pole Pulsar. Dokáže detekovať gravitačné vlny na dlhších vlnových dĺžkach v porovnaní s LIGO a na relatívne kratších vlnových dĺžkach v porovnaní s Pulsar Timing Array. V súčasnosti Pulsar Timing Array vykonáva výskum na pozorovanie a štúdium gravitačných vĺn v celej galaxii pomocou niektorých hviezd ako „majákov“, ktoré vysielajú periodické signály, ktoré pomáhajú vedcom odhaliť dlhšie vlnové dĺžky gravitačných vĺn.
Vyhliadky pre LISA a globálnu spoluprácu na detekcii gravitačných vĺn
Karsten Danzmann poukazuje na to, že rôzne experimenty pozorujú svoje vlastné jedinečné javy a poskytujú doplnkové údaje, rovnako ako rádiové teleskopy a zariadenia s viditeľným svetlom. Vďaka svojej veľkej veľkosti bude LISA schopná detekovať gravitačné vlny zo supermasívnych splynutí čiernych dier, ako aj signály, ktoré boli emitované skôr vo fáze kolízie detekovanej LIGO. Očakáva sa tiež, že LISA odhalí nikdy predtým nevidené kozmické udalosti, ako sú zrážky bielych trpaslíkov nad veľkosťou čiernych dier a binárne zlúčenie čiernych dier nerovnakej hmotnosti.
Astronómovia očakávajú, že experiment odhalí hluk pozadia gravitačných vĺn generovaný v ranom vesmíre, ktorý predpovedá teória, a potenciálne zachytí signály vyžarované najstaršími čiernymi dierami, povedala Valeriya Korol. Očakáva sa, že LISA pomôže vedcom presnejšie pochopiť, ako je rýchlosť expanzia vesmíru sa zmenila meraním vzdialeností od zdrojov gravitačných vĺn, ktoré zaznamenáva.
Čína tiež plánuje v 30. rokoch 20. storočia spustiť svoje vlastné detektory vesmírnych gravitačných vĺn, ktoré sa označujú ako „Program Taiji“ na detekciu vesmírnych gravitačných vĺn a „Program Tianqin“. Čínskemu programu detekcie vesmírnych gravitačných vĺn pomohol vývoj projektu LISA, ktorý zvyšuje možnosti jeho implementácie. Program „Programu Tianqin“ je známy ako čínsky program a na rozdiel od európskeho programu LISA je jeho cieľom okolo roku 2035 vybudovať vesmírne observatórium gravitačných vĺn rozmiestnením troch úplne synchrónnych satelitov na geocentrických dráhach vo výške približne 100,000 kilometrov, čo predstavuje rovnostranné trojuholníkové súhvezdie s dĺžkou strany približne 170,000 kilometrov "Tianqin", na vykonávanie vesmírnej detekcie gravitačných vĺn. „Plán Taiji“ je v podstate rovnaký ako európsky plán LISA, na heliocentrickej obežnej dráhe asi 50 miliónov kilometrov od Zeme, vypustenie troch úplne podobných satelitov, obežná dráha trojhviezdičkovej formácie so slnkom ako stredom, dizajn dĺžky ramena rušiaceho ramena, čo je vzdialenosť medzi satelitmi 3 milióny kilometrov. Tianqin, LISA, Taiji tri plány, prvý je geocentrický program na obežnú dráhu, posledné dva sú programom heliocentrickej obežnej dráhy, potrebujú rovnakú jadrovú technológiu, majú tiež svoje vlastné odlišné technické ťažkosti, ale detekcia vesmírnych gravitačných vĺn sa dopĺňa. Schválenie programu LISA zo strany ESA predstavuje dôležitý míľnik vo vedeckej komunite.
