Platforma LISA îndeplinește testul de observare gravă a undelor gravitaționale

Misiunea LISA Pathfinder ne-ar putea ajuta să înțelegem mai bine meteorii, asteroizii, sateliții și diferitele proiectile care zip în spațiu la viteze inimaginabile, dar are un obiectiv principal: verificarea potențialului de a observa și de a studia undele gravitationale care se deplasează prin spațiu. Mai mult de 900.000 de mile depărtare de Pământ, prototipul navei spațiale a făcut un salt uriaș mai aproape de acest scop. Într - o lucrare nouă publicată în Scrisori de examinare fizică, echipa LISA relevă faptul că testele de cădere liberă ale LPF au reprezentat un succes revoluționar, depășind așteptările inițiale și acționând cu o precizie de peste cinci ori mai bună decât era necesar inițial.

Atunci când Agenția Spațială Europeană a lansat în sfârșit cea mai recentă nava spațiale de ultimă oră, am știut aproape nimic despre valurile gravitaționale, altfel decât a avea o bănuială cu adevărat bună că aceste valuri în spațiul timpului ipotetizate de Albert Einstein au existat cel puțin. Apoi oamenii de stiinta de fapt găsite undele gravitationale - folosind o pereche de instrumente ultra-sensibile de aici pe suprafața Pământului pentru a detecta semnalele foarte slabe ale undelor gravitaționale care au fost produse de o pereche de găuri negre masive care se ciocnesc una în cealaltă.

Descoperirea LIGO a fost un avantaj pentru proiectul LISA, deoarece a stabilit că undele gravitaționale erau într-adevăr observabile. Desigur, descoperirea lui LIGO a fost ceva de genul unui incident "potrivit în momentul potrivit". Pentru a studia cu adevărat undele gravitaționale și pentru a ne permite să vedem cum arată universul dincolo de spectrul electromagnetic, trebuie să fim capabili să observăm semnalele de acest tip la frecvențe joase - poate la fel de scăzute ca 0,1 Hz. Asta înseamnă că aveți nevoie de un sistem care să observe mici pâlpâiri în spațiu pe distanțe la fel de mari ca un milion de kilometri, fără a interfera cu activitățile seismice, termice sau terestre. Nu se va întâmpla pe Pământ.

Einstein a prezis prezența undelor gravitaționale atunci când și-a dezvoltat teoria relativității. "Un secol mai târziu, suntem aici pregătindu-ne drumul pentru primul observator de undă gravitațională în spațiu", a declarat Fabio Favata, șeful biroului de coordonare pentru direcția științifică a ESA, reporterilor la o conferință de presă marți. Deoarece valurile gravitaționale se deplasează prin univers fără precedent, ei oferă oamenilor de știință o viziune cosmologică a lumii care este transparentă. Favata a asemănat valurile gravitaționale cu sunetele pădurii care furnizează indicii despre ceea ce există între pădurile dense de plante de copaci - auzite, dar nevăzute. Instrumentele utilizate pentru a găsi valuri gravitaționale sunt microfoanele care ne ajută să ascultăm aceste sunete.

Ce ne pot ajuta undele gravitaționale să ne arătăm despre univers? Deși există speranță, aceste semnale ne pot ajuta în caracterizarea mai bună a populațiilor stelare în regiunile galactice, avantajul major fiind acela de a ajuta la înțelegerea mai bine a găurilor negre. Trapping totul în vecinătatea sa, inclusiv lumina, găurile negre sunt un fenomen extrem de misterios pe care astrofizicii nu-l cunosc prea mult. Undele gravitaționale ar putea oferi, în sfârșit, informațiile necesare pentru a evalua o imagine mai completă a ceea ce arată o gaură neagră, cum se comportă, cum evoluează etc.

De aceea cele mai recente rezultate pentru misiunea LISA Pathfinder sunt atât de importante. Într-un scenariu ideal, oamenii de știință ar detecta undele gravitaționale în spațiu prin lansarea a două sau mai multe obiecte în spațiu, păstrându-le separat de sute de mii sau chiar milioane de mile și arzând un laser între acele obiecte capabile să preia semnale foarte slabe ca valurile gravitaționale.

Un proiect ca acesta ar necesita o cantitate enormă de timp și resurse, deci trebuie să dovedești mai întâi conceptul înainte de a începe efectiv experimentul în sine. Oamenii de stiinta ESA au redus practic acest concept intr-o singura nava spatiala - LISA Pathfinder. Conținute în interiorul navei spațiale sunt două mase de aur-platină de doi kilograme care au fost eliberate într-o cameră de vid în februarie, cu prima zi de funcționare începând cu 1 martie. Obiectele sunt prea apropiate una de cealaltă pentru ca un val gravitațional să fie măsurat, dar mediul LISA Pathfinder permite oamenilor de știință să determine dacă este posibil ca aceste obiecte să atingă o cădere liberă perfectă în care mișcarea lor este controlată numai de gravitate. Un observator la scară largă ar avea nevoie de același fel de validare - că forțele externe nu ar avea o influență gravitațională necorespunzătoare asupra obiectelor.

LISA Pathfinder a măsurat accelerația relativă dintre cele două obiecte utilizând un interferometru laser care ar putea detecta modificări la scara mai mică de zece milioane de o miliardime din accelerația gravitațională a Pământului - ceea ce corespunde greutății unui virus de pe Pământ. Iată ce este chiar mai nebun: Interferența "zgomotului" măsurată de nave spațiale a fost de 100 de ori mai mică decât ceea ce se așteptau oamenii de știință ESA. Abilitatea de a măsura adevărata cădere liberă reprezintă o piatră de hotar-cheie în studiul valurilor gravitaționale la scară largă în spațiul cosmic și pune acum proiectul LISA pe o cale mai scurtă spre obiectivul final de construire și lansare a unui observator de undă gravitațională.

ESA a prezentat un an de lansare în anul 2034 pentru un observator de undă gravitațională la scară largă. Lasere ar măsura fluctuațiile obiectelor separate de milioane de mile în trei nave spațiale adăpostite în mod triunghiular.