Neseniai Europos kosmoso agentūra (ESA) oficialiai patvirtino pirmąjį eksperimentinį projektą, skirtą išmatuoti gravitacines bangas kosmose. Projektas, vadinamas lazerine interferometrine erdvės antena (LISA), aptiks didžiulius erdvėlaikio bangavimus, kuriuos sukelia kosminiai įvykiai, tokie kaip supermasyvių juodųjų skylių susijungimas, analizuojant tikslų lazerio spindulio sklidimo 2,5 milijono kilometrų atstumu. Saulės sistema.
Europos kosmoso agentūra sausio 25 d. paskelbė, kad kelių milijardų eurų vertės misija bus pradėta statyti 2025 m., o paleidimas planuojamas 2035 m. „Misija yra labai novatoriška ir atvers langą į gravitacinių bangų šaltinius, kuriuos gali aptikti tik LISA“, – sakė Valeriya Korol, Maxo Plancko astrofizikos instituto Garsinge (Vokietija) astrofizikė, kuri yra LISA bendradarbiavimo narė. komanda.
LISA išskirtinė, palyginti su antžeminiais detektoriais, yra ta galimybė aptikti gravitacines bangas žemesniais dažniais, o tai reiškia, kad ji gali apšviesti daug didesnius ir tolimesnius kosminius reiškinius, tokius kaip juodosios skylės, skriejančios viena aplink kitą, kurios yra daug didesnės. ir atstumas, nei pirmą kartą aptiktas antžeminėje lazerinėje interferometrinėje gravitacinių bangų observatorijoje (LIGO) 2015 m.
LISA projektas buvo kuriamas ilgą laiką, primena Karstenas Danzmannas, Makso Plancko gravitacinės fizikos instituto Hanoveryje (Vokietija) direktorius ir LISA konsorciumo vadovas, kuris iš pradžių parašė LISA pasiūlymą prieš 31 metus. Eksperimentu siekiama aptikti gravitacines bangas išmatuojant atstumą (trilijono metro dalimi), kuriuo lazeris nukeliauja tarp dviejų masės taškų, nutolusių milijonus kilometrų, tokiu tikslumu, kad praktiškai niekas, išskyrus patį erdvėlaikį, negali paveikti erdvės judėjimo. Karstenas Danzmannas įsitikinęs, kad projektas bus įgyvendintas, ir pareiškė, kad „iš pradžių žmonės manė, kad idėja juokinga, bet aš liepiau jiems būti kantriems“.
LISA misijos auksinis trikampis:Gravitacinių bangų aptikimas erdvėje
LISA programą sudarys trys vienodai sukonfigūruoti erdvėlaiviai, kurie skris aplink Saulę lygiakraščiu trikampiu (1 pav.). Kiekvieno erdvėlaivio viduje yra 4,6 cm ilgio plaukiojantis kubas iš aukso ir platinos. Naudodama lazerius, kad tiksliai išmatuotų santykinius atstumus tarp šių kubų, LISA gali labai tiksliai (pikometrais arba viena milijardine milimetro dalimi) aptikti subtilius erdvinius ir laiko pokyčius, kuriuos sukelia gravitacinės bangos. Tokius pokyčius sukelia pagreitintas masyvių objektų judėjimas. Šie puikūs matavimai leidžia LISA tiksliai nustatyti gravitacinių bangų šaltinį – įrenginį, kurį Valerija Korol apibūdina kaip „mokslinės fantastikos instrumentą“.
1 pav. LISA misijos erdvėlaivio koncepcija. 3 palydovai sudarys trikampį orbitoje aplink Saulę.
Karstenas Danzmannas pabrėžia, kad nepaisant iššūkių, susijusių su didelio tikslumo matavimais tokiais atstumais, erdvės aplinka yra daug palankesnė tokiems eksperimentams nei žemė. Vibracijų, atmosferos trikdžių ir kitų svyravimų nebuvimas erdvėje suteikia beveik tobulą vakuumą eksperimentams. Tačiau technologijos sudėtingumas reikalauja, kad įranga būtų itin patikima, nes paleidus jos negalima tiesiog pataisyti vietoje.
LISA projektas skirtas aptikti gravitacines bangas, kurių bangos ilgis nuo 300, 000 kilometrų iki 3 milijardų kilometrų – diapazonas, kuris užpildo atotrūkį tarp antžeminės lazerinės interferometrinės gravitacinių bangų observatorijos (LIGO) aptikimo galimybių. Pulsar laiko masyvas. Jis gali aptikti gravitacines bangas ilgesniais bangos ilgiais, palyginti su LIGO, ir santykinai trumpesniais bangos ilgiais, palyginti su Pulsar Timing Array. Šiuo metu Pulsar Timing Array atlieka mokslinius tyrimus, siekdama stebėti ir tirti gravitacines bangas visoje galaktikoje, naudodama kai kurias žvaigždes kaip „švyturius“, kurios skleidžia periodinius signalus, padedančius mokslininkams aptikti ilgesnio ilgio gravitacines bangas.
LISA ir pasaulinio bendradarbiavimo gravitacinės bangos aptikimo srityje perspektyvos
Karstenas Danzmannas pabrėžia, kad skirtingi eksperimentai stebi savo unikalius reiškinius ir pateikia papildomus duomenis, kaip tai daro radijo teleskopai ir matomos šviesos prietaisai. Dėl didžiulio dydžio LISA galės aptikti gravitacines bangas iš supermasyvių juodųjų skylių susiliejimo, taip pat signalus, kurie buvo skleidžiami anksčiau LIGO aptikto susidūrimo fazėje. Tikimasi, kad LISA atskleis dar niekad nematytus kosminius įvykius. pvz., baltųjų nykštukų susidūrimai, viršijantys juodųjų skylių dydį, ir nevienodos masės dvejetainių juodųjų skylių susijungimai.
Astronomai tikisi, kad eksperimentas leis aptikti gravitacinių bangų foninį triukšmą, susidariusį ankstyvojoje visatoje, kurį numato teorija, ir potencialiai užfiksuoti ankstyviausių juodųjų skylių skleidžiamus signalus, sakė Valeriya Korol. Tikimasi, kad LISA padės mokslininkams tiksliau suprasti, kaip Visatos plėtimasis pasikeitė matuojant atstumus iki jos aptinkamų gravitacinių bangų šaltinių.
Kinija taip pat planuoja 2030-aisiais paleisti savo kosminių gravitacinių bangų detektorius, kurie vadinami Kosminių gravitacinių bangų aptikimo „Taiji programa“ ir „Tianqin programa“. Kinijos kosminių gravitacinių bangų aptikimo programai padėjo plėtoti LISA projektą, kuris padidina jo įgyvendinimo galimybę. „Tianqin programos“ programa yra žinoma kaip Kinijos programa ir, skirtingai nei Europos LISA programa, jos tikslas yra maždaug 2035 m. pastatyti kosmoso gravitacinių bangų observatoriją, dislokuojant tris visiškai sinchroninius palydovus geocentrinėse orbitose aukštyje. apie 100,000 kilometrų, sudaro lygiakraštį trikampį žvaigždyną, kurio kraštinės ilgis yra apie 170,{7}} kilometrų „Tianqin“, kad būtų galima aptikti gravitacines bangas erdvėje. „Taiji planas“ iš esmės yra toks pat kaip Europos LISA planas, heliocentrinėje orbitoje maždaug 50 milijonų kilometrų atstumu nuo Žemės, paleidžiant tris visiškai panašius palydovus, trijų žvaigždžių formacijos orbita, kurios centre yra saulė, trukdančios rankos ilgio, ty 3 milijonų kilometrų palydovo atstumas. Tianqin, LISA, Taiji trys planai, pirmasis yra geocentrinės orbitos programa, pastarieji du yra heliocentrinės orbitos programa, reikia tos pačios pagrindinės technologijos, taip pat turi savo skirtingus techninius sunkumus, tačiau erdvės gravitacinių bangų aptikimas papildo vienas kitą. EKA patvirtintas LISA programa yra svarbus etapas mokslo bendruomenėje.
