Nedavno je Evropska svemirska agencija (ESA) zvanično odobrila prvi eksperimentalni projekat za merenje gravitacionih talasa u svemiru. Projekat, nazvan Laser Interferometric Space Antenna (LISA), će otkriti masivne talase u prostor-vremenu izazvane kosmičkim događajima kao što je spajanje supermasivnih crnih rupa analizom preciznog vremena širenja laserskog snopa preko 2,5 miliona kilometara unutar solarni sistem.
Evropska svemirska agencija objavila je 25. januara da će izgradnja misije od više milijardi eura početi 2025. godine, a planirano je lansiranje 2035. godine. "Misija je vrlo inovativna i otvorit će prozor za izvore gravitacijskih valova koje samo LISA može otkriti", rekla je Valeriya Korol, astrofizičarka na Max Planck institutu za astrofiziku u Garsingu, Njemačka, koja je članica LISA saradnje. tim.
Ono što LISA-u čini jedinstvenom u poređenju sa zemaljskim detektorima je njena sposobnost da detektuje gravitacione talase na nižim frekvencijama, što znači da može da rasvetli mnogo veće i udaljenije kosmičke fenomene, kao što su crne rupe koje kruže jedna oko druge, a koje su mnogo većeg obima. i udaljenosti od onih koje je prvi put otkrila zemaljska laserska interferometrijska opservatorija gravitacionih talasa (LIGO) 2015.
Projekat LISA je dugo nastajao, prisjeća se Karsten Danzmann, direktor Max Planck instituta za gravitacijsku fiziku u Hanoveru u Njemačkoj i šef konzorcija LISA, koji je prvobitno napisao prijedlog za LISA prije 31 godinu. Eksperiment ima za cilj otkriti gravitacijske valove mjerenjem udaljenosti (na najbliži trilionti dio metra) na kojoj laser putuje između dvije točke mase udaljene milijunima kilometara, s takvom preciznošću da gotovo ništa osim samog prostor-vremena ne može utjecati na kretanje Karsten Danzmann je uvjeren da će se projekat ostvariti, navodeći da su "ljudi u početku mislili da je ideja smiješna, ali sam im rekao da samo budu strpljivi."
Zlatni trokut misije LISA:Detekcija gravitacionih talasa u svemiru
Program LISA sastojat će se od tri uniformno konfigurirane svemirske letjelice koje će kružiti oko Sunca u formaciji jednakostraničnog trougla (slika 1). Unutar svake letjelice nalazi se 4,6 cm duga plutajuća kocka napravljena od zlata i platine. Koristeći lasere za precizno mjerenje relativne udaljenosti između ovih kockica, LISA je u stanju da detektuje suptilne prostorne i vremenske varijacije izazvane gravitacionim talasima sa veoma visokom preciznošću (reda pikometara, ili milijardom milimetra). Takve promjene nastaju ubrzanim kretanjem masivnih objekata. Ova fina mjerenja omogućavaju LISA-i da precizno odredi izvor gravitacijskih valova, uređaj koji Valeriya Korol opisuje kao "instrument iz naučne fantastike".
Slika 1. Konceptualni dijagram svemirske letjelice misije LISA. 3 satelita će formirati trokut u orbiti oko Sunca.
Karsten Danzmann ističe da uprkos izazovima izvođenja visoko preciznih mjerenja na takvim udaljenostima, svemirsko okruženje je mnogo pogodnije za takve eksperimente nego tlo. Odsustvo vibracija, atmosferskih poremećaja i drugih oscilacija u prostoru pruža gotovo savršen vakuum za eksperimente. Međutim, složenost tehnologije zahtijeva da oprema bude izuzetno pouzdana, jer se ne može jednostavno popraviti na licu mjesta nakon što se pokrene.
Projekat LISA je dizajniran da detektuje gravitacione talase na talasnim dužinama između 300,000 kilometara i 3 milijarde kilometara, raspon koji popunjava prazninu između mogućnosti detekcije zemaljske laserske interferometrijske opservatorije gravitacionih talasa (LIGO) i Pulsar Timing Array. Može da detektuje gravitacione talase na dužim talasnim dužinama u poređenju sa LIGO i na relativno kraćim talasnim dužinama u poređenju sa Pulsar Timing Array. Trenutno, Pulsar Timing Array provodi istraživanje kako bi promatrao i proučavao gravitacijske valove u cijeloj galaksiji koristeći neke zvijezde kao "svjetionike", koji emituju periodične signale koji pomažu naučnicima da otkriju veće valne dužine gravitacijskih valova.
Izgledi za LISA i globalnu saradnju na detekciji gravitacionih talasa
Karsten Danzmann ističe da različiti eksperimenti promatraju svoje jedinstvene fenomene i daju komplementarne podatke, baš kao što to rade radio teleskopi i uređaji za vidljivo svjetlo. Zahvaljujući svojoj velikoj veličini, LISA će moći da detektuje gravitacione talase od spajanja supermasivnih crnih rupa, kao i signale koji su emitovani ranije u fazi sudara koju je detektovao LIGO. Takođe se očekuje da otkrije nikada ranije viđene kosmičke događaje, kao što su sudari bijelih patuljaka iznad veličine crnih rupa i spajanja binarnih crnih rupa nejednake mase.
Astronomi očekuju da će eksperiment otkriti pozadinsku buku gravitacijskih valova generiranu u ranom svemiru, što je predviđeno teorijom, i potencijalno uhvatiti signale koje emituju najranije crne rupe, rekla je Valeriya Korol. Očekuje se da će LISA pomoći naučnicima da preciznije shvate kako je stopa proširenje svemira se promijenilo mjerenjem udaljenosti do izvora gravitacijskih valova koje detektuje.
Kina takođe planira da lansira sopstvene detektore svemirskih gravitacionih talasa 2030-ih, koji se nazivaju Detekcija svemirskih gravitacionih talasa "Taiji program" i "Tianqin program". Kineski program detekcije svemirskih gravitacionih talasa potpomognut je razvojem projekta LISA, koji povećava mogućnost njegove implementacije. Program "Tianqin programa" poznat je kao kineski program, a za razliku od evropskog LISA programa, njegov cilj je izgradnja svemirske opservatorije gravitacionih talasa oko 2035. godine postavljanjem tri potpuno sinhrona satelita u geocentrične orbite na visini od oko 100,000 kilometara, čineći jednakostraničnu trouglastu konstelaciju sa dužinom strane od oko 170,000 kilometara "Tianqin", za vršenje svemirske detekcije gravitacionih talasa. "Taiji plan" je u osnovi isti kao i evropski LISA plan, u heliocentričnoj orbiti udaljenoj oko 50 miliona kilometara od Zemlje, lansiranje tri potpuno slična satelita, orbita tri zvijezde sa Suncem kao centrom, dizajn dužine kraka ometanja, odnosno razmaka satelita od 3 miliona kilometara. Tianqin, LISA, Taiji tri plana, prvi je program geocentrične orbite, druga dva su program heliocentrične orbite, potrebna im je ista osnovna tehnologija, također imaju svoje različite tehničke poteškoće, ali detekcija svemirskih gravitacijskih valova ima komplementarnost. Odobrenje LISA programa od strane ESA označava važnu prekretnicu u naučnoj zajednici.
