Nýlega hefur Evrópska geimferðastofnunin (ESA) opinberlega samþykkt fyrsta tilraunaverkefnið til að mæla þyngdarbylgjur í geimnum. Verkefnið, sem kallast Laser Interferometric Space Antenna (LISA), mun greina gríðarmikil gára í rúm-tíma sem koma af stað geimviðburðum eins og samruna risasvarthola með því að greina nákvæma tímasetningu útbreiðslu leysigeisla yfir 2,5 milljón kílómetra innan við sólkerfið.
Evrópska geimferðastofnunin tilkynnti þann 25. janúar að bygging margra milljarða evra leiðangurs muni hefjast árið 2025, en áætlað er að skotið verði á loft árið 2035. „Verkefnið er mjög nýstárlegt og mun opna glugga á uppsprettur þyngdarbylgna sem aðeins LISA getur greint,“ sagði Valeriya Korol, stjarneðlisfræðingur við Max Planck Institute for Astrophysics í Garsing, Þýskalandi, sem er meðlimur í LISA-samstarfinu. lið.
Það sem gerir LISA einstakt í samanburði við jarðtengda skynjara er hæfileiki þess til að greina þyngdarbylgjur á lægri tíðni, sem þýðir að það getur varpað ljósi á mun stærri og fjarlægari geimfyrirbæri, eins og svarthol sem snúast um hvert annað, sem eru mun stærri að umfangi. og fjarlægð en þau sem fyrst greindust af jarðbundnu Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) árið 2015.
LISA-verkefnið hefur verið lengi í mótun, minnir Karsten Danzmann, forstöðumaður Max Planck-stofnunarinnar fyrir þyngdaraflfræði í Hannover í Þýskalandi, og yfirmaður LISA-samsteypunnar, sem upphaflega skrifaði tillöguna að LISA fyrir 31 ári. Tilraunin miðar að því að greina þyngdarbylgjur með því að mæla fjarlægðina (að næstu trilljónustu úr metra) sem leysir ferðast á milli tveggja massapunkta í milljóna kílómetra fjarlægð, með slíkri nákvæmni að nánast ekkert annað en rúmtíminn sjálfur getur haft áhrif á hreyfingu fjöldapunktana.Karsten Danzmann er þess fullviss að verkefnið muni verða að veruleika og segir að "Fyrst hafi fólki þótt hugmyndin fáránleg, en ég sagði þeim að vera bara þolinmóð."
LISA Mission Golden Triangle:Þyngdarbylgjugreining í geimnum
LISA áætlunin mun samanstanda af þremur geimförum sem eru einsleitir og munu snúast um sólina í jafnhliða þríhyrningsmyndun (Mynd 1). Inni í hverju geimfari er 4,6 cm langur fljótandi teningur úr gulli og platínu. Með því að nota leysir til að mæla nákvæmlega hlutfallslega fjarlægð milli þessara teninga, er LISA fær um að greina fíngerð staðbundin og tímabundin breytileika af völdum þyngdarbylgna með mjög mikilli nákvæmni (í stærðargráðunni píkómetrar, eða einn milljarðsti úr millimetra). Slíkar breytingar eru framkallaðar af hröðun hreyfingar stórra hluta. Þessar fínu mælingar gera LISA kleift að benda á uppruna þyngdarbylgna, tæki sem Valeriya Korol lýsir sem "tæki úr vísindaskáldskap".
Mynd 1 Hugmyndateikning af LISA geimfarinu. 3 gervitungl munu mynda þríhyrning á braut um sólina.
Karsten Danzmann bendir á að þrátt fyrir þær áskoranir sem felast í því að gera nákvæmar mælingar í slíkum fjarlægðum sé geimumhverfið mun hæfara fyrir slíkar tilraunir en jörðin. Skortur á titringi, truflunum í andrúmslofti og öðrum sveiflum í geimnum gefur nánast fullkomið tómarúm fyrir tilraunir. Hins vegar, hversu flókin tæknin er, krefst þess að búnaðurinn sé ákaflega áreiðanlegur, því ekki er einfaldlega hægt að gera við hann á staðnum þegar hann er settur á markað.
LISA verkefnið er hannað til að greina þyngdarbylgjur á bylgjulengdum á milli 300,000 kílómetra og 3 milljarða kílómetra, svið sem fyllir bilið á milli greiningargetu jarðbundinnar Laser Interferometric Gravitational Wave Observatory (LIGO) og Pulsar tímasetningarfylki. Það getur greint þyngdarbylgjur á lengri bylgjulengdum samanborið við LIGO og á tiltölulega styttri bylgjulengdum samanborið við Pulsar tímaröðina. Eins og er, stundar Pulsar tímafylkingin rannsóknir til að fylgjast með og rannsaka þyngdarbylgjur um alla vetrarbrautina með því að nota sumar stjörnur sem „beacons“ sem gefa frá sér reglubundin merki sem hjálpa vísindamönnum að greina lengri bylgjulengdir þyngdarbylgna.
Horfur fyrir LISA og alþjóðlegt samstarf um þyngdarbylgjugreiningu
Karsten Danzmann bendir á að mismunandi tilraunir fylgist með eigin einstökum fyrirbærum og veiti viðbótargögn, rétt eins og útvarpssjónaukar og sýnilegt ljóstæki gera. Þökk sé stórri stærð sinni mun LISA geta greint þyngdarbylgjur frá risasvartholssamruna, sem og merki sem voru send frá sér fyrr í árekstrarfasanum sem greindist af LIGO. LISA er einnig gert ráð fyrir að sýna aldrei áður-séð geimviðburði, eins og árekstrar hvítra dverga sem eru stærri en svarthol og tvíundir svartholssamruni með ójöfnum massa.
Stjörnufræðingar búast við að tilraunin muni greina bakgrunnshljóð þyngdarbylgju sem myndast í alheiminum snemma, sem spáð er fyrir um af kenningum, og hugsanlega fanga merki frá elstu svartholum, sagði Valeriya Korol. Búist er við að LISA muni hjálpa vísindamönnum að skilja betur hvernig hraði útþensla alheimsins hefur breyst með því að mæla fjarlægðir til upptökum þyngdarbylgjunnar sem hann greinir.
Kína ætlar einnig að senda sína eigin geimþyngdarbylgjuskynjara á þriðja áratug síðustu aldar, sem vísað er til sem geimþyngdarbylgjuskynjunar "Taiji Program" og "Tianqin Program". Þyngdarbylgjuskynjunaráætlun Kína í geimnum hefur notið aðstoðar við þróun LISA verkefnisins, sem eykur möguleikann á framkvæmd þess. Dagskrá "Tianqin áætlunarinnar" er þekkt sem kínverska áætlunin og ólíkt evrópsku LISA áætluninni er markmið hennar að byggja geimstöð sem byggir á þyngdarbylgjuathugunarstöð í kringum 2035 með því að dreifa þremur alsamstilltum gervihnöttum á jarðmiðjubrautum á hæð um 100,000 kílómetrar, sem myndar jafnhliða þríhyrnt stjörnumerki með hliðarlengd um 170,000 kílómetrar "Tianqin", til að framkvæma geimskynjun þyngdarbylgna. "Taiji áætlunin" er í grundvallaratriðum sú sama og evrópska LISA áætlunin, á heliocentric sporbraut í um 50 milljón kílómetra fjarlægð frá jörðinni, sem sendir af stað þremur allt svipuðum gervihnöttum, þriggja stjörnu myndun sporbraut með sólina sem miðju, hönnun af truflandi armlengd sem er 3 milljón kílómetra milli gervihnatta. Tianqin, LISA, Taiji þrjár áætlanir, fyrrnefnda er geocentric sporbraut program, seinni tveir eru heliocentric sporbraut program, þurfa sömu kjarna tækni, einnig hafa eigin mismunandi tæknilega erfiðleika þeirra, en geimþyngdarbylgja uppgötvun hefur viðbót. Samþykki ESA á LISA áætluninni markar mikilvægan áfanga í vísindasamfélaginu.
