A közelmúltban az Európai Űrügynökség (ESA) hivatalosan is jóváhagyta az első kísérleti projektet a gravitációs hullámok mérésére az űrben. A Laser Interferometric Space Antenna (LISA) névre keresztelt projekt a kozmikus események, például a szupermasszív fekete lyukak egyesülése által kiváltott hatalmas téridő hullámzásokat fogja észlelni egy lézersugár 2,5 millió kilométeres terjedelmén belüli terjedésének pontos időzítésével. a Naprendszer.
Az Európai Űrügynökség január 25-én jelentette be, hogy a több milliárd eurós küldetés építése 2025-ben kezdődik, a tervek szerint 2035-re indítják. "A küldetés rendkívül innovatív, és ablakot nyit a gravitációs hullámok forrásaira, amelyeket csak a LISA képes észlelni" - mondta Valeriya Korol, a németországi Garsingban található Max Planck Asztrofizikai Intézet asztrofizikusa, aki a LISA együttműködés tagja. csapat.
Ami a LISA-t egyedülállóvá teszi a földi detektorokhoz képest, az az a képessége, hogy alacsonyabb frekvenciájú gravitációs hullámokat képes észlelni, ami azt jelenti, hogy sokkal nagyobb és távolabbi kozmikus jelenségekre is képes rávilágítani, mint például az egymás körül keringő fekete lyukak, amelyek hatóköre sokkal nagyobb. és távolság, mint amit a földi Lézer Interferometrikus Gravitációs Hullám Obszervatórium (LIGO) észlelt először 2015-ben.
A LISA projekt már régóta készül – emlékszik vissza Karsten Danzmann, a hannoveri Max Planck Gravitációs Fizikai Intézet igazgatója és a LISA konzorcium vezetője, aki eredetileg 31 évvel ezelőtt írta a LISA-ra vonatkozó javaslatot. A kísérlet célja a gravitációs hullámok detektálása annak a távolságnak a mérésével (a méter legközelebbi billiód részével), amelynél a lézer két, több millió kilométerre lévő tömegpont között mozog, olyan pontossággal, hogy a téridőn kívül gyakorlatilag semmi más nem befolyásolhatja a tér mozgását. Karsten Danzmann bízik abban, hogy a projekt megvalósul, és kijelentette, hogy "Először az emberek nevetségesnek tartották az ötletet, de én azt mondtam nekik, hogy legyenek türelmesek."
LISA Misszió Arany Háromszög:Gravitációs hullámok észlelése az űrben
A LISA program három egységesen konfigurált űrhajóból áll majd, amelyek egyenlő oldalú háromszög alakzatban keringenek a Nap körül (1. ábra). Minden űrhajó belsejében egy 4,6 cm hosszú, aranyból és platinából készült lebegő kocka található. A LISA a kockák közötti relatív távolság pontos mérésére lézereket használva képes nagyon nagy pontossággal (pikométeres nagyságrenddel vagy a milliméter egy milliárdod részével) detektálni a gravitációs hullámok által kiváltott finom térbeli és időbeli eltéréseket. Az ilyen változásokat a hatalmas tárgyak felgyorsult mozgása idézi elő. Ezek a finom mérések lehetővé teszik a LISA-nak, hogy pontosan meghatározza a gravitációs hullámok forrását, egy eszközt, amelyet Valeriya Korol "sci-fi műszerként" ír le.
1. ábra A LISA küldetés űrhajójának fogalmi diagramja. 3 műhold háromszöget alkot a Nap körül keringő pályán.
Karsten Danzmann rámutat arra, hogy az ilyen távolságokban történő nagy pontosságú mérések kihívásai ellenére az űrkörnyezet sokkal kedvezőbb az ilyen kísérletekhez, mint a talaj. A rezgések, légköri zavarok és egyéb oszcillációk hiánya a térben szinte tökéletes vákuumot biztosít a kísérletekhez. A technológia összetettsége azonban megkívánja, hogy a berendezés rendkívül megbízható legyen, mivel az üzembe helyezést követően nem lehet egyszerűen a helyszínen megjavítani.
A LISA projekt célja a gravitációs hullámok észlelése 300, 000 kilométer és 3 milliárd kilométer közötti hullámhosszon, amely tartomány kitölti a földi Lézer Interferometrikus Gravitációs Hullám Obszervatórium (LIGO) észlelési képességei közötti űrt. Pulsar időzítő tömb. A LIGO-hoz képest hosszabb hullámhosszon és a Pulsar Timing Array-hez képest viszonylag rövidebb hullámhosszon képes érzékelni a gravitációs hullámokat. Jelenleg a Pulsar Timing Array kutatásokat végez a gravitációs hullámok megfigyelésére és tanulmányozására az egész galaxisban, egyes csillagok „jelzőfényként” felhasználásával, amelyek periodikus jeleket bocsátanak ki, amelyek segítenek a tudósoknak hosszabb hullámhosszú gravitációs hullámok észlelésében.
A LISA és a gravitációs hullámok észlelésével kapcsolatos globális együttműködés kilátásai
Karsten Danzmann rámutat, hogy a különböző kísérletek saját egyedi jelenségeiket figyelik meg, és kiegészítő adatokat szolgáltatnak, akárcsak a rádióteleszkópok és a látható fényű eszközök. A puszta méretének köszönhetően a LISA képes lesz észlelni a szupermasszív fekete lyukak egyesüléséből származó gravitációs hullámokat, valamint a LIGO által észlelt ütközési fázisban korábban kibocsátott jeleket. A LISA várhatóan soha nem látott kozmikus eseményeket is feltár majd. mint például a fekete lyukakat meghaladó fehér törpe ütközések és az egyenlőtlen tömegű bináris fekete lyukak egyesülései.
Valeriya Korol szerint a csillagászok arra számítanak, hogy a kísérlet kimutatja a gravitációs hullámok háttérzajt, amelyek a korai univerzumban keletkeztek, amit az elmélet jósol, és potenciálisan rögzíti a legkorábbi fekete lyukak által kibocsátott jeleket. A LISA várhatóan segít a tudósoknak abban, hogy pontosabban megértsék, hogyan Az univerzum tágulása megváltozott az általa észlelt gravitációs hullámok forrásaitól való távolság mérésével.
Kína a 2030-as években saját űrgravitációs hullámdetektorok elindítását is tervezi, amelyeket a Space Gravitational Wave Detection "Taiji Program" és a "Tianqin Program" néven emlegetnek. A kínai űrgravitációs hullámok észlelési programját segítette a LISA projekt fejlesztése, amely növeli a megvalósítás lehetőségét. A "Tianqin Program" programja kínai programként ismert, és az európai LISA programtól eltérően a célja egy űralapú gravitációs hullám-obszervatórium felépítése 2035 körül három, teljesen szinkron műhold geocentrikus pályán történő telepítésével 2035 körül. körülbelül 100,000 kilométer, ami egy egyenlő oldalú háromszög alakú csillagkép, amelynek oldalhossza körülbelül 170,{7}} kilométer "Tianqin", a gravitációs hullámok térérzékelésére. A "Taiji-terv" alapvetően megegyezik az európai LISA-tervvel, a heliocentrikus pályán, a Földtől mintegy 50 millió kilométerre, három egymáshoz hasonló műholdat indít, a háromcsillagos formáció pályája a Nappal a középpontban, a terv a zavaró kar hosszából, azaz a 3 millió kilométeres műholdtávolságból. Tianqin, LISA, Taiji három tervet, az előbbi egy geocentrikus pályára program, az utóbbi kettő heliocentrikus pálya program, ugyanazt az alapvető technológiát is megvannak a saját különböző technikai nehézségei, de az űrgravitációs hullámok észlelése kiegészíti egymást. A LISA program ESA általi jóváhagyása fontos mérföldkő a tudományos közösségben.
