Космічний апарат LISA завершив революційний тест спостереження за гравітаційною хвилею

Місія LISA Pathfinder могла б допомогти нам краще зрозуміти метеори, астероїди, супутники і різні інші снаряди, що стискають навколо простору немислимі швидкості, але вона має одну основну мету: перевірити потенціал спостереження і вивчення гравітаційних хвиль, що рухаються через простір. Більш ніж 900 000 миль від Землі, прототип космічного корабля зробив один гігантський стрибок ближче до цієї мети. У новій статті опубліковані в Росії Фізичні букви огляду Команда LISA виявила, що тести LPF на вільне падіння є новаторським успіхом, перевищуючи початкові очікування і діючи з точністю, яка більш ніж у п'ять разів краще, ніж спочатку потрібно.

Коли Європейське космічне агентство нарешті випустило сучасний космічний корабель у грудні минулого року, ми знали про гравітаційні хвилі, окрім наявності справді гарної думки про те, що ці брижі в просторі-часу спочатку висували припущення, що Альберт Ейнштейн хоча б існував.. Потім вчені насправді знайдено гравітаційні хвилі - використовуючи тут пару ультра-чутливих інструментів на поверхні Землі, щоб виявити дуже слабкі сигнали гравітаційної хвилі, які були створені парою масивних чорних дірок, що стикаються в одну-іншу.

Відкриття LIGO стало корисним для проекту LISA, оскільки було встановлено, що гравітаційні хвилі дійсно спостерігаються. Звичайно, відкриття LIGO було чимось «правильним місцем у потрібний час». Щоб по-справжньому вивчити гравітаційні хвилі і дозволити собі побачити, як виглядає Всесвіт за межами електромагнітного спектру, ми повинні бути в змозі спостерігати такі сигнали на низьких частотах - можливо, до 0,1 Гц. Це означає, що вам потрібна система, яка спостерігає за крихітними мерехтіннями в просторі-часу на відстані, що перевищує мільйон миль, без втручання сейсмічної, теплової або наземної активності. Це не станеться на Землі.

Ейнштейн передбачав наявність гравітаційних хвиль, коли розробляв свою теорію відносності. "Через століття ми тут прокладаємо шлях для першої великомасштабної обсерваторії гравітаційних хвиль у космосі", - заявив журналістам на прес-конференції у вівторок Фабіо Фавата, керівник відділу координації наукової дирекції ЄКА. Оскільки гравітаційні хвилі рухаються через всесвіт безперешкодно, вони дають вченим космологічний погляд на світ, який є прозорим. Фавата порівнював гравітаційні хвилі зі звуками лісу, які дають підказки про те, що існує між густими заростями рослин дерев - почутими, але невидимими. Інструментами для пошуку гравітаційних хвиль є мікрофони, які допомагають нам слухати ці звуки.

Що саме можуть допомогти гравітаційні хвилі показати нам про Всесвіт? Хоча існують надії, що ці сигнали можуть допомогти нам краще охарактеризувати зоряні популяції в галактичних регіонах, головною перевагою буде допомогти краще зрозуміти чорні діри. Захоплюючи все, що знаходиться поблизу, включаючи світлі, чорні діри - це надзвичайно загадкове явище, про яке астрофізики мало знають. Гравітаційні хвилі можуть, нарешті, забезпечити інформацію, яку ми потребуємо, щоб оцінити більш повне уявлення про те, як виглядає чорна діра, як вона поводиться, як вона розвивається і т.д.

Ось чому останні результати місії LISA Pathfinder настільки важливі. У ідеальному сценарії вчені виявляли б гравітаційні хвилі в просторі, запускаючи два або більше об'єктів у космос, зберігаючи їх розділені сотнями тисяч або навіть мільйони кілометрів, і стріляючи лазером між об'єктами, які здатні підібрати дуже слабкі сигнали як гравітаційні хвилі.

Такий проект потребує величезної кількості часу і ресурсів, тому вам потрібно довести цю концепцію перш, ніж ви зможете почати експеримент. Вчені з ЄКА в основному скоротили цю концепцію в один космічний корабель - LISA Pathfinder. У космічному апараті знаходяться дві двокилограмові золото-платинові маси, які були випущені у вакуумну камеру в лютому з першого дня роботи, починаючи з 1 березня. Об'єкти є занадто близькими, щоб гравітаційна хвиля була виміряна., але середовище LISA Pathfinder дозволяє вченим визначити, чи можливо ці об'єкти досягти ідеального вільного падіння, в якому їх рух контролюється тільки гравітацією. Обсерваторії великих масштабів знадобиться однакова перевірка - зовнішні сили не виявлятимуть надмірного гравітаційного впливу на об'єкти.

LISA Pathfinder вимірював відносне прискорення між двома об'єктами за допомогою лазерного інтерферометра, який міг виявляти зміни в масштабі нижче десятимільйонних мільярдів земного прискорення, що відповідає вазі вірусу на Землі. Ось що ще більш божевільне: втручання «шуму», виміряне космічним апаратом, було в 100 разів меншим, ніж очікували вчені ЄКА. Здатність вимірювати справжнє вільне падіння є ключовою віхою на шляху до великомасштабного дослідження гравітаційних хвиль у космічному просторі, а зараз проект LISA скорочується до кінцевої мети побудови та запуску обсерваторії гравітаційних хвиль.

ЄКА висунула рік запуску 2034 року для великомасштабної обсерваторії гравітаційних хвиль. Лазери вимірювали коливання об'єктів, розділених на три мільйони миль на три космічні апарати.