Ένα εκατομμύριο μίλια από τη Γη, ένας δορυφόρος ευρωπαϊκής διαστημικής υπηρεσίας που μεταφέρει δύο κυμαινόμενους κύβους από κράμα χρυσού-πλατίνας έδειξε ότι είναι δυνατό να μετρηθεί η κίνηση στην κλίμακα ενός ατομικού πυρήνα, που θα μπορούσε να αποκαλύψει τη φύση μερικών από τα πιο τεράστια αντικείμενα του σύμπαντος .
σχετικό περιεχόμενο
- Ένα εργαστήριο φυσικής βασισμένο στο διάστημα θα μπορούσε να βοηθήσει τους επιστήμονες να μελετήσουν πώς η βαρύτητα καταστρέφει το διάστημα
Ονομάζεται LISA Pathfinder, το διαστημικό σκάφος είναι η δοκιμαστική κλίνη για την εξελιγμένη χωρομετρική κεραία αντιστάθμισης λέιζερ (eLISA). Τα αποτελέσματα εμφανίστηκαν σήμερα σε ένα έγγραφο στο Physical Review Letters .
Η αποστολή eLISA θα αποτελείται από τρία διαστημόπλοια γύρω από τον ήλιο. Ένα από τα διαστημόπλοια θα πυροδοτήσει ένα λέιζερ προς τα άλλα δύο, περιγράφοντας ένα σχήμα L 621.000 μίλια σε μια πλευρά. Τα λέιζερ θα μετρήσουν την απόσταση μεταξύ των δοκιμαστικών μαζών που φέρουν οι ανιχνευτές σε μερικά τρισεκατομμύρια του μέτρου - μικρότερα από τα άτομα. Η ακριβής μέτρηση θα επιτρέψει στους επιστήμονες να παρατηρούν τα κύματα βαρύτητας - διαταραχές που εκτείνονται στον ίδιο το χώρο - οι οποίες είναι συνέπεια της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν. Αυτό το κύμα διέλευσης θα αλλάξει το μήκος μιας πλευράς του L σε σχέση με το άλλο και θα επιτρέψει στους επιστήμονες να δουν την πραγματική καμπυλότητα του χώρου.
"Πέστε αν είχατε μία μάζα στη Νέα Υόρκη και μία στο Τορίνο [Ιταλία]", λέει ο Smith, Stefano Vitale, καθηγητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Trento στην Ιταλία και ο κύριος ερευνητής του LISA Pathfinder. «Και οι δύο επιταχύνουν προς το κέντρο της γης. Όταν ένα βαρυτικό κύμα ξεπεράσει αρχίζουν να πέφτουν σε ελαφρώς διαφορετικές κατευθύνσεις».
Ωστόσο, η παρακολούθηση τέτοιων μικροσκοπικών κινήσεων είναι δύσκολη, δήλωσε ο Fabio Favata, επικεφαλής του γραφείου συντονισμού της Διεύθυνσης Επιστημών του ESA, σε συνέντευξη τύπου που ανακοινώνει τα αποτελέσματα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο ξεκίνησε το LISA Pathfinder. "Αποφασίσαμε ότι πρέπει να μάθουμε να περπατάμε πριν μπορέσουμε να τρέξουμε", είπε. "Αυτό είναι ανάλογο με το έργο Gemini για τον Απόλλωνα ... Δεν έχουμε μάθει μόνο να περπατάμε αλλά να τρελαίνουμε αρκετά καλά".
Στο εσωτερικό του LISA Pathfinder, δύο κύβοι 1, 9 κιλών ενός κράματος χρυσού-πλατίνας επιπλέουν ακριβώς 14, 8 ίντσες μεταξύ τους. Μια δέσμη λέιζερ αντανακλάται από κάθε κύβο και τα υπέρθεση λέιζερ μετρούν την κίνηση τους σε σχέση μεταξύ τους.
"Πήραμε τα εκατομμύρια των LISA και το συρρικνώσαμε σε ένα διαστημόπλοιο", δήλωσε ο Paul McNamara, επιστήμονας του ESA για το LISA Pathfinder. Το LISA Pathfinder είναι πολύ μικρό για να μετρήσει τα κύματα βαρύτητας, αλλά έδειξε ότι τα όργανα μπορούσαν να μετρήσουν πολύ μικρές κινήσεις και ότι είναι δυνατόν να οικοδομηθεί ένα περιβάλλον χωρίς διαταραχές από το εξωτερικό περιβάλλον.
Ο μηχανισμός LISA Pathfinder έδειξε ότι θα μπορούσε να πάρει κίνηση στην κλίμακα femtometer - ένα εκατομμυριοστό του δισεκατομμυρίου ενός μέτρου. Αυτές ήταν οι τάξεις μεγέθους καλύτερες από ό, τι ελπίζουν, δήλωσε ο Martin Hewitson, ανώτερος επιστήμονας της LISA Pathfinder. "Θέλαμε να δούμε κινήσεις κλίμακας picometer", είπε. Ένα picometer είναι 1.000 φορές μεγαλύτερο από ένα femtometer. "Είναι πάνω από 100 φορές καλύτερη από τις [παρατηρήσεις] στο έδαφος."
Τα βαρυτικά κύματα έχουν εντοπιστεί πριν. Οι επιστήμονες που εργάζονται στο παρατηρητήριο βαρυτικών κυματοειδών κυμάτων (Ligo) ανακοίνωσαν τον Φεβρουάριο ότι τα βρήκαν. Τα κύματα πιθανότατα προκλήθηκαν από τη σύγκρουση δύο μαύρων οπών.
Αλλά το LIGO βρίσκεται στη Γη, πράγμα που σημαίνει ότι δεν μπορεί να δει τα είδη των βαρυτικών κυμάτων που μπορεί να παράγονται από άλλα φαινόμενα. Οι σεισμοί στην άλλη πλευρά του πλανήτη, τα αυτοκίνητα που διέρχονται, ακόμα και η θερμική επέκταση του εξοπλισμού μπορούν να πνίξουν τα σήματα που αναζητά το LIGO. Ένας άλλος παράγοντας είναι το μέγεθος. Οποιοσδήποτε ανιχνευτής εδάφους μπορεί να είναι τόσο μεγάλος. Το LIGO, το οποίο περιγράφει επίσης ένα σχήμα L, είναι 2, 5 μίλια σε μια πλευρά και αναπηδά το λέιζερ εμπρός και πίσω μεταξύ των καθρεφτών για να πάρει ένα πραγματικό μήκος 695 μίλια. Αυτό είναι αρκετά μεγάλο ώστε να βλέπουμε αποτελεσματικά τα κύματα βαρύτητας με συχνότητες που κυμαίνονται από περίπου 100 Hz έως 1.000 Hz, δήλωσε ο Shane Larson, ερευνητής αναπληρωτής καθηγητής στο Northwestern University και ένας από τους επιστήμονες που εργάστηκαν στο LIGO. (Όταν η ομάδα LIGO ανακοίνωσε την ανακάλυψή της, η χαμηλότερη συχνότητα "ακούστηκε" ήταν περίπου 35 Hz). Αυτό μεταφράζεται σε μήκη κύματος περίπου 300.000 έως 8.5 εκατομμυρίων μέτρων. (Τα βαρυτικά κύματα κινούνται με την ταχύτητα του φωτός). Αυτό σημαίνει ότι εκτός από τις συγκρουόμενες μαύρες τρύπες, το LIGO μπορεί να ακούει τα άστρα νετρονίων καθώς περιστρέφονται ή τα ζεύγη από αυτά σπιράλ ο ένας στον άλλο.
Το eLISA, ωστόσο, θα μπορεί να βλέπει βαρυτικά κύματα που θα περάσουν πολλά δευτερόλεπτα από - περίπου 0, 0001 έως 1 Hz, τα οποία μεταφράζονται σε βαρυτικά κύματα για όσο διάστημα 3 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα.
Ο Larson είπε ότι το εύρος συχνοτήτων επιτρέπει την ανίχνευση αντικειμένων και φαινομένων που το LIGO δεν μπορεί να ταιριάξει. "Θα μπορούσαμε να δούμε αστέρια νετρονίων που περιστρέφονται γύρω από το ένα το άλλο, αλλά πολύ νωρίτερα, προτού να πλησιάσουν ο ένας τον άλλο", είπε. "Ή άσπρα αστέρια νάνος Λευκοί νάνοι θα έρθουν σε επαφή και θα συγχωνευθούν, αλλά θα το κάνουν πριν το LIGO τους δει". Ωστόσο, η eLISA θα τα παραλάβει.
Ο Vitale πρόσθεσε ότι το eLISA θα απαντήσει σε μερικές θεμελιώδεις ερωτήσεις σχετικά με τις μαύρες τρύπες και τα γαλαξιακά κέντρα. "Γνωρίζουμε ότι κάθε γαλαξίας έχει μια μαύρη τρύπα από εκατοντάδες χιλιάδες έως δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες", είπε. "Μπορούμε να δούμε μια μικρή μαύρη τρύπα που πέφτει σε μια μεγάλη μαύρη τρύπα, που στέλνει ένα σήμα που επιτρέπει ένα είδος χαρτογράφησης του πεδίου βαρύτητας γύρω από τη μαύρη τρύπα". Το ακριβές σχήμα αυτών των πεδίων είναι ένα σημαντικό ανοικτό ερώτημα στην αστροφυσική. Μπορεί ακόμη να δείξει αν οι μαύρες τρύπες έχουν πραγματικά ορίζοντα γεγονότων.
Ο Λάρσον είπε ότι βλέποντας τις συγκρούσεις μεγάλων μαύρων τρυπών θα μπορούσε επίσης να ρίξει φως στο πώς οι μαύρες τρύπες στα γαλαξιακά κέντρα είχαν τόσο μεγάλη έκταση. "Βλέπουμε τις τεράστιες μαύρες τρύπες πολύ νωρίς στο σύμπαν, πώς γίνονται μεγάλες τόσο γρήγορα;" LISA μπορεί να δει αυτές τις άκρες του παρατηρούμενου σύμπαντος.
Το eLISA προγραμματίζεται για κυκλοφορία το 2034 και θα πρέπει να αρχίσει να λαμβάνει δεδομένα μέσα σε λίγους μόνο μήνες από την κυκλοφορία του.
