LISA Spacecraft Fullfører banebrytende gravitasjonsbølgeobservasjonstest

LISA Pathfinder-oppdraget kan hjelpe oss med å bedre forstå meteorer, asteroider, satellitter og de forskjellige andre prosjektiler som strekker seg rundt rom med ufattelige hastigheter, men det har et primært mål: å verifisere potensialet til å observere og studere tyngdebølger som beveger seg gjennom rommet. Mer enn 900.000 miles borte fra jorden tok prototypen romfartøy et stort sprang nærmere det målet. I et nytt papir publisert i Fysisk gjennomgangstavler, avslører LISA-teamet at LPFs fritt fallende tester var en banebrytende suksess, som oversteg de første forventningene, og handler med en presisjon som er mer enn fem ganger bedre enn det opprinnelig var nødvendig.

Da det europeiske romfartsselskapet endelig lanserte det toppmoderne romfartøyet i desember i desember, visste vi nesten ingenting om gravitasjonsbølger - annet enn å ha en veldig god fornemmelse at disse krusninger i romtid først hypoteset av Albert Einstein i det minste eksisterte. Så forskere faktisk funnet gravitasjonsbølger - ved hjelp av et par ultrafølsomme instrumenter her på jordens overflate for å oppdage de svært svake gravitasjonsbølgesignalene som hadde blitt produsert av et par massive sorte hull som kolliderte inn i hverandre.

LIGO-funnet var en velsignelse for LISA-prosjektet, siden det ble fastslått at gravitasjonsbølger faktisk var observerbare. Selvfølgelig var LIGOs oppdagelse noe av et "riktig sted i riktig tid" slags hendelse. For å virkelig studere gravitasjonsbølger og gi oss et glimt inn i hva universet ser ut over det elektromagnetiske spektret, må vi kunne observere slike signaler ved lave frekvenser - kanskje så lavt som 0,1 Hz. Det betyr at du trenger et system som observerer små flimrer i mellomrom over avstander så store som en million miles uten forstyrrelser fra seismisk, termisk eller terrestrisk aktivitet. Det kommer ikke til å skje på jorden.

Einstein forutsi tilstedeværelsen av gravitasjonsbølger da han utviklet relativitetsteorien sin. "Et århundre senere, er vi her banet vei for det første storskala gravitasjonsbølgeobservatoriet i verdensrommet," sa Fabio Favata, leder av koordineringskontoret for ESAs vitenskapsdirektorat, til journalister på en pressekonferanse tirsdag. Fordi gravitasjonsbølger beveger seg gjennom universet uhindret, gir de forskere et kosmologisk syn på verden som er gjennomsiktig. Favata liknet gravitasjonsbølger til lyden av skogen som gir ledetråder på det som eksisterer i mellom de tette tettene av trærplanter - hørt men usett. Instrumentene som brukes til å finne tyngdekraftbølger, er mikrofonene som hjelper oss å høre på disse lydene.

Hva kan gravitasjonsbølger hjelpe oss med å vise oss om universet? Selv om det er håp, kan disse signalene hjelpe oss med bedre karakteriserende stjernespopulasjoner i galaktiske regioner, og den store fordelen vil være å bidra til å bedre forstå svarte hull. Å fange alt i nærheten, inkludert lyse, svarte hull er et ekstremt mystisk fenomen som astrofysikere vet lite om. Gravitasjonsbølger kan endelig gi den typen informasjon vi trenger for å vurdere en mer komplett visning av hva et svart hull ser ut, hvordan det oppfører seg, hvordan det utvikler seg, etc.

Derfor er de siste resultatene for LISA Pathfinder-oppdraget så viktige. I et ideelt scenario vil forskere oppdage gravitasjonsbølger i rommet ved å lansere to eller flere objekter i rommet og holde dem adskilt av hundretusener eller millioner av miles og skyte en laser mellom de objektene som er i stand til å plukke opp på svært svake signaler som gravitasjonsbølger.

Et prosjekt som dette vil kreve en enorm mengde tid og ressurser, så du må bevise konseptet først før du faktisk kan begynne eksperimentet selv. ESA-forskere har i utgangspunktet krympet dette konseptet ned i et enkelt romskip - LISA Pathfinder. Innenfor romfartøyet er to to kilo gull-platinamasser som ble sluppet i et vakuumkammer i februar, med første operasjonsdag fra 1. mars. Objektene er altfor nær hverandre for en gravitasjonsbølge som måles, men LISA Pathfinder-miljøet tillater forskere å avgjøre om det er mulig for disse objektene å oppnå perfekt fritt fall der deres bevegelse bare kontrolleres av tyngdekraften. Et storskala observatorium ville trenge samme type validering - at eksterne krefter ikke ville utvise unødig tyngdepåvirkning på gjenstandene.

LISA Pathfinder målte den relative akselerasjonen mellom de to objektene ved hjelp av et laserinterferometer som kunne oppdage endringer på skalaen under 10 millioner av en milliarddel av jordens tyngdekraft akselerasjon - som tilsvarer vekten av et virus på jorden. Her er det enda kjekt: Interfererende "støy" målt av romskipet var 100 ganger lavere enn hva ESA-forskerne forventet. Evnen til å måle sann fritt fall er en sentral milepæl mot storvektsvektstudie i ytre rom, og legger nå LISA-prosjektet på en kortere vei mot det ultimate målet å bygge og lansere et gravitasjonsbølgeobservatorium.

ESA har lagt fram et 2034 lanseringsår for et storstilt gravitasjonsbølgeobservatorium. Lasere vil måle fluktuasjoner i objekter skilt av millioner av miles i tre romfartøy innkapslet i trekantet mote.