LISA Spacecraft Afslutter banebrydende Gravitational Wave Observation Test

LISA Pathfinder-missionen kan hjælpe os med at forstå bedre meteorer, asteroider, satellitter og de forskellige andre projektiler, der lyner rundt i rum med utænkelige hastigheder, men det har et primært mål: verificering af potentialet til at observere og studere tyngdebølger, der bevæger sig gennem rummet. Mere end 900.000 miles væk fra Jorden tog prototypen rumfartøjet et kæmpe spring tættere på det mål. I et nyt papir udgivet i Fysiske Review Letters, afslører LISA-teamet, at LPF's fritgående test var en banebrydende succes, der oversteg de oprindelige forventninger og virkede med en præcision, der er mere end fem gange bedre end oprindeligt krævet.

Da Den Europæiske Rumorganisation endelig lancerede det ultramoderne rumfartøj i december sidste år, vidste vi næsten ingenting om gravitationsbølger - andet end at have en rigtig god fornemmelse, at disse krusninger i spacetime, der først blev hypotetiseret af Albert Einstein, i det mindste eksisterede. Så forskere faktisk fundet gravitationsbølger - ved hjælp af et par ultrafølsomme instrumenter her på jordens overflade for at opdage de meget svage gravitationsbølgesignaler, der var blevet fremstillet af et par massive sorte huller, der kolliderede ind i hinanden.

LIGO-opdagelsen var en velsignelse for LISA-projektet, da det viste sig, at tyngdebølger faktisk var observerbare. Selvfølgelig var LIGOs opdagelse noget af et "rigtigt sted på det rette tidspunkt" slags hændelse. For virkelig at studere gravitationsbølger og give os et indblik i, hvad universet ser ud over det elektromagnetiske spektrum, skal vi kunne observere disse slags signaler ved lave frekvenser - måske så lavt som 0,1 Hz. Det betyder, at du har brug for et system, der observerer små flimre i rumtider over afstande så store som en million miles uden indblanding fra seismisk, termisk eller terrestrisk aktivitet. Det kommer ikke til at ske på Jorden.

Einstein forudsagde tilstedeværelsen af ​​gravitationsbølger, da han udviklede sin relativitetsteori. "Et århundrede senere baner vi vejen for det første store tyngdepunktsbølgeobservatorium i rummet", siger Fabio Favata, lederen af ​​koordinationskontoret for ESAs videnskabsdirektorat, til journalister på en pressekonference tirsdag. Fordi gravitationsbølger bevæger sig gennem universet uhindret, giver de forskere et kosmologisk syn på den verden, der er gennemsigtig. Favata lignede gravitationsbølger til skovens lyde, der giver spor om, hvad der eksisterer i de tætte tykninger af planter af træer - hørt men usete. Instrumenterne, der bruges til at finde gravitationsbølger, er de mikrofoner, der hjælper os med at høre på disse lyde.

Hvad præcist kan gravitationsbølger vise os om universet? Selvom der er håb, kan disse signaler hjælpe os med bedre karakteriserende stjernespopulationer i galaktiske regioner. Den store fordel ville være at hjælpe med at forstå bedre sorte huller. Indfangning af alt i nærheden, herunder lyse, sorte huller er et ekstremt mystisk fænomen, som astrofysikere ved lidt om. Gravitationsbølger kan endelig give den slags information, vi har brug for til at vurdere et mere fuldstændigt billede af, hvordan et sort hul ser ud, hvordan det opfører sig, hvordan det udvikler sig osv.

Derfor er de seneste resultater for LISA Pathfinder-missionen så vigtige. I et ideelt scenario vil videnskabsmændene opdage gravitationsbølger i rummet ved at lancere to eller flere objekter i rummet og holde dem adskilt af hundredtusinder eller endda millioner af miles og skyde en laser mellem de objekter, der er i stand til at optage på meget svage signaler lignende gravitationsbølger.

Et projekt som dette ville kræve en enorm mængde tid og ressourcer, så du skal bevise konceptet først, før du rent faktisk kan begynde eksperimentet selv. ESA-videnskabsmænd krymper i princippet dette koncept ned i et enkelt rumfartøj - LISA Pathfinder. Indeholdt inden for rumfartøjet er to to kilo guld-platinamasser, der blev frigivet i et vakuumkammer i februar, med første driftsdag fra 1. marts. Objektene er alt for tætte på hinanden for at måle en gravitationsbølge, men LISA Pathfinder-miljøet tillader videnskabsmænd at afgøre, om det er muligt for disse objekter at opnå et perfekt frit fald, hvor deres bevægelse kun styres af tyngdekraften. Et storskala observatorium ville have brug for den samme form for validering - at eksterne kræfter ikke ville udvise urimelig gravitationspåvirkning på objekterne.

LISA Pathfinder måler den relative acceleration mellem de to objekter ved hjælp af et laserinterferometer, der kunne registrere ændringer på skalaen under 10 millioner af en milliarddel af jordens gravitationsacceleration - hvilket svarer til vægten af ​​en virus på jorden. Her er der endda mere crazier: Interfererende "støj" målt ved rumfartøjet var 100 gange lavere end hvad ESA-forskerne forventede. Evnen til at måle sandt frie fald er en vigtig milepæl i retning af storskala tyngdebølgeundersøgelser i det ydre rum og sætter nu LISA-projektet på en kortere vej mod det ultimative mål at opbygge og lancere et gravitationsbølgeobservatorium.

ESA har fremsat et 2034 lanceringsår for et storvågent observatorium. Lasere ville måle udsving i objekter adskilt af millioner af miles i tre rumfartøjer indrettet i trekantet mode.