Egy millió mérföldnyire a Földtől egy, az Európai Űrügynökség műholdas két lebegő kocka arany-platina ötvözetet hordozva azt mutatta, hogy lehetséges egy atommag méretarányú mozgásának mérése, amely felfedheti az univerzum néhány legtömegesebb objektumának természetét. .
kapcsolodo tartalom
- Egy űr alapú fizika laboratórium segíthet a tudósoknak annak tanulmányozásában, hogy a gravitáció miként verzi fel az űridőt
A LISA Pathfinder néven az űrhajó az Evolved Laser Interferometer Space Antenna (eLISA) próbapadja. Az eredmények ma megjelentek a Physical Review Letters cikkben.
Az eLISA misszió három űrhajóból áll, amelyek a Nap körül keringnek. Az egyik űrhajó egy másik lézerrel fog lőni, és oldalán 621 000 mérföld L alakot ír le. A lézerek megmérik a szondák által hordozott próbatest tömegének távolságát néhány méter billióban belül - az atomoktól kisebb. A pontos mérés lehetővé teszi a tudósok számára, hogy megfigyeljék a gravitációs hullámokat - zavarokat, amelyek magát a területet is átfedik -, amelyek Einstein általános relativitáselméletének következményei. Ez az áthaladó hullám megváltoztatja az L egyik oldalának hosszát a másikhoz képest, és a tudósok láthatják a tér tényleges görbületét.
"Mondja, ha lenne egy mise New Yorkban és egy Torinóban (Olaszország)" - mondja Stefano Vitale, az olaszországi Trento Egyetem fizikai professzora és a LISA Pathfinder fő kutatója a Smithsonian.com-nak. "Mindketten felgyorsulnak a föld közepe felé. Amikor egy gravitációs hullám elhalad, kissé eltérő irányokba esnek."
Az ilyen apró mozgások nyomon követése azonban nehéz - mondta Fabio Favata, az ESA Tudományos Igazgatóságának koordinációs irodájának vezetője az eredményeket bemutató sajtótájékoztatón. Ezért indult a LISA Pathfinder. "Úgy döntöttünk, hogy meg kell tanulnunk járni, mielőtt futni tudunk" - mondta. "Ez analóg az Apollo Gemini projektjével. Nemcsak megtanultunk járni, hanem elég jól futni."
A LISA Pathfinder belsejében két 1, 9 kilogrammos kocka egy arany-platina ötvözetből pontosan 14, 8 hüvelyk távolságra fekszik. Az egyes kockákból egy lézernyaláb visszatükröződik, és az egymásra helyezett lézerek mérik egymáshoz viszonyított mozgásukat.
"Megtettük a millió millió kilométernyi LISA-t, és egy űrhajóba zsugorítottuk" - mondta Paul McNamara, az ESA projekttudósa a LISA Pathfinder számára. A LISA Pathfinder túl kicsi a gravitációs hullámok méréséhez, de megmutatta, hogy az eszközök nagyon kicsi mozgásokat is mérhetnek, és hogy olyan környezetet lehet építeni, amely nem zavarja a külső környezetet.
A LISA Pathfinder megmutatta, hogy képes felvenni a mozgást a femtométer skáláján - a mérőmilliárd milliomod része. Martin Hewitson, a Pathfinder LISA tudós vezetője magasabb rendű volt, mint amennyire reméltek. "Pikométer méretarányos mozgásokat akartunk látni" - mondta. A pikométer 1000-szer nagyobb, mint a femtométer. "Több mint százszor jobb, mint a földi megfigyeléseknél."
A gravitációs hullámokat már korábban kimutatták. A Lézer-interferométer gravitációs hullámmegfigyelő központjában (LIGO) dolgozó tudósok februárban bejelentették, hogy megtalálják őket. A hullámokat valószínűleg két fekete lyuk ütközése okozta.
De a LIGO a Földön van, ami azt jelenti, hogy nem látja azokat a gravitációs hullámokat, amelyeket más jelenségek okozhatnak. A bolygó másik oldalán zajló földrengések, elhaladó teherautók és a berendezések hőtágulása elfojthatják a LIGO által keresett jeleket. Egy másik tényező a méret. Bármely földi detektor csak annyira nagy lehet; A LIGO, amely szintén leírja az L alakot, 2, 5 mérföldnyire van oldalán, és visszaszorítja a lézert oda-vissza a tükrök között, hogy 695 mérföld tényleges hosszúságot kapjon. Ez elég nagy ahhoz, hogy hatékonyan meg lehessen látni a körülbelül 100 Hz és 1000 Hz közötti frekvenciájú gravitációs hullámokat - mondta Shane Larson, az északnyugati egyetem kutatási docens és a LIGO-n dolgozó tudósok egyike. (Amikor a LIGO csapat bejelentette felfedezését, a legalacsonyabb "hallott" frekvencia körülbelül 35 Hz volt). Ez körülbelül 300 000 - 8, 5 millió méter hullámhosszon jelenik meg. (A gravitációs hullámok a fény sebességén mozognak). Ez azt jelenti, hogy a LIGO a fekete lyukak ütközése mellett hallgathatja a neutroncsillagokat, miközben forognak, vagy párosulnak egymásba.
Az eLISA azonban képes látni olyan gravitációs hullámokat, amelyek elhaladása sok másodpercig tart - kb. 0, 0001–1 Hz, ami gravitációs hullámokká változik, egészen 3 milliárd kilométerig.
Larson elmondta, hogy a frekvenciatartomány olyan objektumokat és jelenségeket képes felismerni, amelyeknek a LIGO nem felel meg. "Láthattunk olyan neutroncsillagokat, amelyek keringnek egymással, de jóval korábban, még mielőtt egymáshoz közelednének” - mondta. "Vagy fehér törpe csillagok. A fehér törpék felveszik a kapcsolatot és egyesülnek, de ezt megteszik, mielőtt a LIGO meglátja őket." Az eLISA azonban felveszi őket.
Vitale hozzátette, hogy az eLISA válaszol néhány alapvető kérdésre a fekete lyukakkal és a galaktikus központokkal kapcsolatban. "Tudjuk, hogy minden galaxisban van egy fekete lyuk a százezrektől a több száz milliárd napenergiáig" - mondta. "Az [eLISA] láthatja az ilyen méretű hátsó lyukak ütközését. Azt is láthatjuk, hogy egy kis fekete lyuk egy nagy fekete lyukba esik; ez olyan jelet küld, amely lehetővé teszi a gravitációs mező egyfajta leképezését a fekete lyuk körül." E mezők pontos alakja fontos nyitott kérdés az asztrofizikában. Még azt is megmutathatja, hogy a fekete lyukaknak valóban van-e horizontja.
Larson szerint a nagyobb fekete lyukak ütközései rávilágíthatnak arra is, hogy a galaktikus központokban milyen nagyok lettek a fekete lyukak. "Nagyon korán látunk óriási fekete lyukakat az univerzumban. Hogyan tudnak ilyen gyorsan megnövekedni? A LISA ezeket a megfigyelhető világegyetem szélére láthatja."
Az eLISA-t 2034-ben tervezik elindítani, és az adatgyűjtést csak az indulástól számított néhány hónapon belül kell megkezdenie.
