Πρόσφατα, ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος (ESA) ενέκρινε επίσημα το πρώτο πειραματικό έργο για τη μέτρηση των βαρυτικών κυμάτων στο διάστημα. Το έργο, που ονομάζεται Laser Interferometric Space Antenna (LISA), θα ανιχνεύσει τους τεράστιους κυματισμούς στο χωροχρόνο που προκαλούνται από κοσμικά γεγονότα, όπως η συγχώνευση υπερμεγέθων μαύρων οπών, αναλύοντας τον ακριβή χρονισμό της διάδοσης μιας δέσμης λέιζερ σε απόσταση 2,5 εκατομμυρίων χιλιομέτρων. το ηλιακό σύστημα.
Ο Ευρωπαϊκός Οργανισμός Διαστήματος ανακοίνωσε στις 25 Ιανουαρίου ότι η κατασκευή της αποστολής πολλών δισεκατομμυρίων ευρώ θα ξεκινήσει το 2025, με προγραμματισμένη εκτόξευση το 2035. «Η αποστολή είναι εξαιρετικά καινοτόμος και θα ανοίξει ένα παράθυρο στις πηγές βαρυτικών κυμάτων που μόνο η LISA μπορεί να ανιχνεύσει», δήλωσε η Valeriya Korol, αστροφυσικός στο Ινστιτούτο Αστροφυσικής Max Planck στο Garsing της Γερμανίας, μέλος της συνεργασίας LISA. ομάδα.
Αυτό που κάνει το LISA μοναδικό σε σύγκριση με τους επίγειους ανιχνευτές είναι η ικανότητά του να ανιχνεύει βαρυτικά κύματα σε χαμηλότερες συχνότητες, πράγμα που σημαίνει ότι μπορεί να ρίξει φως σε πολύ μεγαλύτερα και πιο μακρινά κοσμικά φαινόμενα, όπως οι μαύρες τρύπες που περιφέρονται η μία γύρω από την άλλη, που είναι πολύ μεγαλύτερα σε εύρος και απόσταση από αυτές που εντοπίστηκαν για πρώτη φορά από το επίγειο Παρατηρητήριο Συμβολομετρικών Βαρυτικών Κυμάτων Laser (LIGO) το 2015.
Το έργο LISA έχει ξεκινήσει εδώ και πολύ καιρό, θυμάται ο Karsten Danzmann, διευθυντής του Ινστιτούτου Max Planck για τη Βαρυτική Φυσική στο Αννόβερο της Γερμανίας και επικεφαλής της κοινοπραξίας LISA, ο οποίος έγραψε αρχικά την πρόταση για το LISA πριν από 31 χρόνια. Το πείραμα στοχεύει να ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα μετρώντας την απόσταση (στο πλησιέστερο τρισεκατομμυριοστό του μέτρου) στην οποία ένα λέιζερ ταξιδεύει μεταξύ δύο σημείων μάζας εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά, με τέτοια ακρίβεια που ουσιαστικά τίποτα άλλο από τον ίδιο τον χωροχρόνο δεν μπορεί να επηρεάσει την κίνηση του Ο Karsten Danzmann είναι βέβαιος ότι το έργο θα πραγματοποιηθεί, δηλώνοντας ότι "Στην αρχή οι άνθρωποι θεώρησαν ότι η ιδέα ήταν γελοία, αλλά τους είπα να κάνουν απλώς υπομονή."
LISA Mission Golden Triangle:Ανίχνευση βαρυτικών κυμάτων στο διάστημα
Το πρόγραμμα LISA θα αποτελείται από τρία ομοιόμορφα διαμορφωμένα διαστημόπλοια που θα περιφέρονται γύρω από τον Ήλιο σε σχηματισμό ισόπλευρου τριγώνου (Εικόνα 1). Μέσα σε κάθε διαστημόπλοιο υπάρχει ένας πλωτός κύβος μήκους 4,6 εκατοστών από χρυσό και πλατίνα. Χρησιμοποιώντας λέιζερ για να μετρήσει με ακρίβεια τις σχετικές αποστάσεις μεταξύ αυτών των κύβων, το LISA είναι σε θέση να ανιχνεύσει ανεπαίσθητες χωρικές και χρονικές διακυμάνσεις που προκαλούνται από βαρυτικά κύματα με πολύ υψηλή ακρίβεια (της τάξης των πικομέτρων ή ενός δισεκατομμυριοστού του χιλιοστού). Τέτοιες αλλαγές παράγονται από την επιταχυνόμενη κίνηση μεγάλων αντικειμένων. Αυτές οι λεπτές μετρήσεις επιτρέπουν στο LISA να εντοπίσει με ακρίβεια την πηγή των βαρυτικών κυμάτων, μια συσκευή που ο Valeriya Korol περιγράφει ως "ένα όργανο από επιστημονική φαντασία".
Σχήμα 1 Εννοιολογικό διάγραμμα του διαστημικού σκάφους αποστολής LISA. 3 δορυφόροι θα σχηματίσουν ένα τρίγωνο σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο.
Ο Karsten Danzmann επισημαίνει ότι παρά τις προκλήσεις της πραγματοποίησης μετρήσεων υψηλής ακρίβειας σε τέτοιες αποστάσεις, το διαστημικό περιβάλλον είναι πολύ πιο ευνοϊκό για τέτοια πειράματα από το έδαφος. Η απουσία δονήσεων, ατμοσφαιρικών διαταραχών και άλλων ταλαντώσεων στο διάστημα παρέχει ένα σχεδόν τέλειο κενό για πειράματα. Ωστόσο, η πολυπλοκότητα της τεχνολογίας απαιτεί ο εξοπλισμός να είναι εξαιρετικά αξιόπιστος, καθώς δεν μπορεί απλώς να επισκευαστεί επί τόπου μετά την κυκλοφορία του.
Το έργο LISA έχει σχεδιαστεί για να ανιχνεύει βαρυτικά κύματα σε μήκη κύματος μεταξύ 300,000 χιλιομέτρων και 3 δισεκατομμυρίων χιλιομέτρων, μια εμβέλεια που καλύπτει το κενό μεταξύ των δυνατοτήτων ανίχνευσης του επίγειου Παρατηρητηρίου Συμβολομετρικών Βαρυτικών Κυμάτων Laser (LIGO) και του Συστοιχία χρονισμού Pulsar. Μπορεί να ανιχνεύσει βαρυτικά κύματα σε μεγαλύτερα μήκη κύματος σε σύγκριση με το LIGO και σε σχετικά μικρότερα μήκη κύματος σε σύγκριση με τη συστοιχία χρονισμού Pulsar. Επί του παρόντος, η Συστοιχία Χρονισμού Pulsar διεξάγει έρευνα για την παρατήρηση και τη μελέτη βαρυτικών κυμάτων σε όλο τον γαλαξία χρησιμοποιώντας ορισμένα αστέρια ως "φάρους", τα οποία εκπέμπουν περιοδικά σήματα που βοηθούν τους επιστήμονες να ανιχνεύουν μεγαλύτερα μήκη κύματος βαρυτικών κυμάτων.
Προοπτικές για το LISA και την Παγκόσμια Συνεργασία για την Ανίχνευση Βαρυτικών Κυμάτων
Ο Karsten Danzmann επισημαίνει ότι διαφορετικά πειράματα παρατηρούν τα δικά τους μοναδικά φαινόμενα και παρέχουν συμπληρωματικά δεδομένα, όπως ακριβώς κάνουν τα ραδιοτηλεσκόπια και οι συσκευές ορατού φωτός. Χάρη στο τεράστιο μέγεθός του, το LISA θα μπορεί να ανιχνεύει βαρυτικά κύματα από συγχωνεύσεις μαύρων τρυπών υπερμεγέθους, καθώς και σήματα που εκπέμπονταν νωρίτερα στη φάση της σύγκρουσης που ανιχνεύθηκε από το LIGO. Το LISA αναμένεται επίσης να αποκαλύψει κοσμικά γεγονότα που δεν έχουν ξαναδεί. όπως οι συγκρούσεις λευκών νάνων πέρα από το μέγεθος των μαύρων οπών και οι δυαδικές συγχωνεύσεις μαύρων οπών άνισης μάζας.
Οι αστρονόμοι αναμένουν ότι το πείραμα θα ανιχνεύσει τον θόρυβο υποβάθρου βαρυτικών κυμάτων που δημιουργήθηκε στο πρώιμο σύμπαν, ο οποίος προβλέπεται από τη θεωρία, και ενδεχομένως να συλλάβει σήματα που εκπέμπονται από τις πρώτες μαύρες τρύπες, είπε η Valeriya Korol. Η LISA αναμένεται να βοηθήσει τους επιστήμονες να κατανοήσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τον ρυθμό Η διαστολή του σύμπαντος έχει αλλάξει μετρώντας τις αποστάσεις από τις πηγές των βαρυτικών κυμάτων που ανιχνεύει.
Η Κίνα σχεδιάζει επίσης να εκτοξεύσει τους δικούς της διαστημικούς ανιχνευτές βαρυτικών κυμάτων στη δεκαετία του 2030, οι οποίοι αναφέρονται ως «Πρόγραμμα Taiji» και «Πρόγραμμα Tianqin» για την ανίχνευση διαστημικών βαρυτικών κυμάτων. Το διαστημικό πρόγραμμα ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων της Κίνας έχει υποστηριχθεί από την ανάπτυξη του έργου LISA, το οποίο ενισχύει τη δυνατότητα υλοποίησής του. Το πρόγραμμα του "Προγράμματος Tianqin" είναι γνωστό ως το κινεζικό πρόγραμμα και σε αντίθεση με το ευρωπαϊκό πρόγραμμα LISA, στόχος του είναι η κατασκευή ενός διαστημικού παρατηρητηρίου βαρυτικών κυμάτων γύρω στο 2035 με την ανάπτυξη τριών ολοσύγχρονων δορυφόρων σε γεωκεντρικές τροχιές σε ύψος περίπου 100,000 χιλιόμετρα, που αποτελεί έναν ισόπλευρο τριγωνικό αστερισμό με μήκος πλευράς περίπου 170,000 χιλιόμετρα "Tianqin", για τη διεξαγωγή διαστημικής ανίχνευσης βαρυτικών κυμάτων. Το "Σχέδιο Taiji" είναι ουσιαστικά το ίδιο με το ευρωπαϊκό σχέδιο LISA, στην ηλιοκεντρική τροχιά περίπου 50 εκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά από τη Γη, εκτοξεύει τρεις ολοκαίνουριους δορυφόρους, την τροχιά σχηματισμού τριών αστέρων με τον ήλιο ως κέντρο, το σχέδιο του μήκους του βραχίονα παρεμβολής, δηλαδή, η απόσταση των δορυφόρων των 3 εκατομμυρίων χιλιομέτρων. Tianqin, LISA, Taiji τρία σχέδια, το πρώτο είναι ένα πρόγραμμα γεωκεντρικής τροχιάς, τα δύο τελευταία είναι πρόγραμμα ηλιοκεντρικής τροχιάς, χρειάζονται την ίδια τεχνολογία πυρήνα, έχουν επίσης τις δικές τους διαφορετικές τεχνικές δυσκολίες, αλλά ο διαστημικός εντοπισμός βαρυτικών κυμάτων έχει συμπληρωματική. Η έγκριση του προγράμματος LISA από την ESA σηματοδοτεί ένα σημαντικό ορόσημο στην επιστημονική κοινότητα.
