Recent, Agenția Spațială Europeană (ESA) a aprobat oficial primul proiect experimental de măsurare a undelor gravitaționale în spațiu. Proiectul, numit Antena spațială interferometrică cu laser (LISA), va detecta ondulațiile masive în spațiu-timp declanșate de evenimente cosmice, cum ar fi fuziunea găurilor negre supermasive, prin analizarea momentului precis al propagării unui fascicul laser pe o lungime de 2,5 milioane de kilometri. sistemul solar.
Agenția Spațială Europeană a anunțat pe 25 ianuarie că construcția misiunii de mai multe miliarde de euro va începe în 2025, cu o lansare planificată în 2035. „Misiunea este extrem de inovatoare și va deschide o fereastră asupra surselor undelor gravitaționale pe care numai LISA le poate detecta”, a declarat Valeriya Korol, astrofizician la Institutul de Astrofizică Max Planck din Garsing, Germania, care este membru al colaborării LISA. echipă.
Ceea ce face ca LISA să fie unic în comparație cu detectoarele de la sol este capacitatea sa de a detecta unde gravitaționale la frecvențe mai joase, ceea ce înseamnă că poate arunca lumină asupra fenomenelor cosmice mult mai mari și mai îndepărtate, cum ar fi găurile negre care orbitează unele cu altele, cu o amploare mult mai mare. și distanță decât cele detectate pentru prima dată de Observatorul de unde gravitaționale interferometrice cu laser (LIGO) de la sol în 2015.
Proiectul LISA s-a dezvoltat de mult, își amintește Karsten Danzmann, director al Institutului Max Planck pentru Fizică Gravitațională din Hanovra, Germania, și șeful consorțiului LISA, care a scris inițial propunerea pentru LISA în urmă cu 31 de ani. Experimentul își propune să detecteze undele gravitaționale prin măsurarea distanței (până la cea mai apropiată trilionime de metru) la care un laser se deplasează între două puncte de masă aflate la milioane de kilometri distanță, cu atâta precizie încât practic nimic altceva decât spațiu-timp în sine nu poate afecta mișcarea punctele de masă. Karsten Danzmann este încrezător că proiectul se va realiza, afirmând că „La început oamenii au crezut că ideea este ridicolă, dar le-am spus să aibă doar răbdare”.
Misiunea LISA Triunghiul de Aur:Detectarea undelor gravitaționale în spațiu
Programul LISA va consta din trei nave spațiale configurate uniform care vor orbita Soarele într-o formațiune de triunghi echilateral (Figura 1). În interiorul fiecărei nave spațiale se află un cub plutitor lung de 4,6 cm, realizat din aur și platină. Folosind lasere pentru a măsura cu precizie distanțele relative dintre aceste cuburi, LISA este capabil să detecteze variații spațiale și temporale subtile induse de undele gravitaționale cu o precizie foarte mare (de ordinul picometrelor, sau o miliardime dintr-un milimetru). Astfel de schimbări sunt produse de mișcarea accelerată a obiectelor masive. Aceste măsurători fine îi permit lui LISA să identifice sursa undelor gravitaționale, un dispozitiv pe care Valeriya Korol îl descrie drept „un instrument din science fiction”.
Figura 1 Diagrama conceptuală a navei spațiale misiunii LISA. 3 sateliți vor forma un triunghi pe orbită în jurul Soarelui.
Karsten Danzmann subliniază că, în ciuda provocărilor de a face măsurători de înaltă precizie la astfel de distanțe, mediul spațial este mult mai propice pentru astfel de experimente decât solul. Absența vibrațiilor, a perturbărilor atmosferice și a altor oscilații în spațiu oferă un vid aproape perfect pentru experimente. Cu toate acestea, complexitatea tehnologiei necesită ca echipamentul să fie extrem de fiabil, deoarece nu poate fi pur și simplu reparat la fața locului odată lansat.
Proiectul LISA este conceput pentru a detecta undele gravitaționale la lungimi de undă cuprinse între 300,000 kilometri și 3 miliarde de kilometri, un interval care umple golul dintre capacitățile de detectare ale Observatorului de unde gravitaționale interferometrice cu laser (LIGO) de la sol și Pulsar Timing Array. Poate detecta undele gravitaționale la lungimi de undă mai mari în comparație cu LIGO și la lungimi de undă relativ mai scurte în comparație cu Pulsar Timing Array. În prezent, Pulsar Timing Array desfășoară cercetări pentru a observa și a studia undele gravitaționale din întreaga galaxie, folosind unele stele drept „faruri”, care emit semnale periodice care ajută oamenii de știință să detecteze lungimi de undă mai mari ale undelor gravitaționale.
Perspective pentru LISA și colaborarea globală pentru detectarea undelor gravitaționale
Karsten Danzmann subliniază că diferite experimente își observă propriile fenomene unice și oferă date complementare, așa cum fac radiotelescoapele și dispozitivele cu lumină vizibilă. Datorită dimensiunii sale mari, LISA va fi capabil să detecteze undele gravitaționale din fuziunile găurilor negre supermasive, precum și semnalele care au fost emise mai devreme în faza de coliziune detectată de LIGO. Se așteaptă, de asemenea, că LISA va dezvălui evenimente cosmice nevăzute până acum, precum ciocnirile piticelor albe dincolo de dimensiunea găurilor negre și fuziunile binare ale găurilor negre de masă inegală.
Astronomii se așteaptă ca experimentul să detecteze zgomotul de fundal al undelor gravitaționale generat în universul timpuriu, care este prezis de teorie, și să capteze potențial semnalele emise de primele găuri negre, a spus Valeriya Korol. expansiunea universului s-a schimbat prin măsurarea distanțelor până la sursele undelor gravitaționale pe care le detectează.
China intenționează, de asemenea, să lanseze propriile detectoare de unde gravitaționale spațiale în anii 2030, care sunt denumite „Programul Taiji” și „Programul Tianqin” de detectare a undelor gravitaționale spațiale. Programul de detectare a undelor gravitaționale spațiale din China a fost sprijinit de dezvoltarea proiectului LISA, care sporește posibilitatea implementării acestuia. Programul „Programului Tianqin” este cunoscut sub numele de programul chinez și, spre deosebire de programul european LISA, scopul său este de a construi un observator spațial de unde gravitaționale în jurul anului 2035 prin desfășurarea a trei sateliți complet sincroni pe orbite geocentrice la o înălțime de aproximativ 100,000 kilometri, constituind o constelație triunghiulară echilaterală cu o lungime a laturii de aproximativ 170,000 kilometri „Tianqin”, pentru a efectua detectarea în spațiu a undelor gravitaționale. „Planul Taiji” este practic același cu planul european LISA, pe orbita heliocentrică la aproximativ 50 de milioane de kilometri distanță de Pământ, lansând trei sateliți asemănători, orbita formației de trei stele cu soarele ca centru, designul a lungimii brațului care interferează, adică distanța dintre sateliti de 3 milioane de kilometri. Tianqin, LISA, Taiji trei planuri, primul este un program de orbită geocentrică, ultimele două sunt programul de orbită heliocentrică, au nevoie de aceeași tehnologie de bază, au, de asemenea, propriile lor dificultăți tehnice diferite, dar detectarea undelor gravitaționale spațiu are complementare. Aprobarea programului LISA de către ESA marchează o piatră de hotar importantă în comunitatea științifică.
