Milion mil od Země, družice Evropské kosmické agentury nesoucí dvě plovoucí kostky slitiny zlato-platina, ukázala, že je možné měřit pohyb na stupnici atomového jádra, což by mohlo odhalit povahu některých z nejmasivnějších objektů ve vesmíru. .
Související obsah
- Vesmírná fyzikální laboratoř by mohla vědcům pomoci studovat, jak gravitační deformace zabírá čas
Kosmická loď s názvem LISA Pathfinder je testovacím ložiskem pro Evolved Laser Interferometer Space Antenna (eLISA). Výsledky se dnes objevily v příspěvku v dopisech Physical Review Letters .
Mise eLISA bude sestávat ze tří kosmických lodí obíhajících kolem Slunce. Jedna z kosmických lodí vystřelí laser směrem ke dvěma dalším, přičemž na jedné straně bude popisovat tvar L 621 000 mil. Lasery budou měřit vzdálenost mezi zkušebními hmotami nesenými sondami s přesností na několik biliónů metru - menší než atomy. Přesné měření umožní vědcům pozorovat gravitační vlny - poruchy, které se táhnou samotného prostoru - které jsou důsledkem Einsteinovy obecné teorie relativity. Tato procházející vlna změní délku jedné strany L vůči druhé a nechá vědce vidět skutečné zakřivení prostoru.
„Řekněme, že jste měli jednu mši v New Yorku a jednu v Torinu [Itálie], “ říká Smithsonian.com Stefano Vitale, profesor fyziky na univerzitě v Trentu v Itálii a hlavní vyšetřovatel LISA Pathfinder. "Oba se zrychlují směrem ke středu Země. Když prochází gravitační vlna, začnou klesat v poněkud odlišných směrech."
Sledování těchto nepatrných pohybů je však obtížné, řekl Fabio Favata, vedoucí koordinační kanceláře ředitelství vědy ESA na tiskové konferenci, která oznamuje výsledky. Proto byl spuštěn nástroj LISA Pathfinder. „Rozhodli jsme se, že bychom se měli naučit chodit, než budeme moci běžet, “ řekl. "Je to obdoba projektu Gemini pro Apolla ... Naučili jsme se nejen chodit, ale docela dobře se zaběhat."
Uvnitř LISA Pathfinder se dvě 1, 9 kilogramové kostky slitiny zlata a platiny vznášejí přesně 14, 8 palce. Z každé krychle se odráží laserový paprsek a superponované lasery měří svůj vzájemný pohyb.
„Vzali jsme miliony kilometrů LISA a zmenšili jsme je na jednu kosmickou loď, “ řekl Paul McNamara, vědec projektu ESA pro LISA Pathfinder. LISA Pathfinder je příliš malý na to, aby změřil gravitační vlny, ale ukázalo se, že nástroje mohou měřit velmi malé pohyby a že je možné vytvořit prostředí bez narušení vnějšího prostředí.
Model LISA Pathfinder ukázal, že dokáže zachytit pohyb ve stupnici femtometrů - jedna miliontina miliardtiny metru. To byly řádové řády lepší, než doufali, řekl Martin Hewitson, vedoucí vědec LISA Pathfinder. „Chtěli jsme vidět pohyby v měřítku picometru, “ řekl. Picometer je 1 000krát větší než femtometer. "Je to více než 100krát lepší než [pozorování] na zemi."
Gravitační vlny byly detekovány již dříve. Vědci pracující na gravitační vlnové observatoři laserových interferometrů (LIGO) v únoru oznámili, že je našli. Vlny byly pravděpodobně způsobeny střetem dvou černých děr.
Ale LIGO je na Zemi, což znamená, že nevidí druhy gravitačních vln, které by mohly být produkovány jinými jevy. Zemětřesení na druhé straně planety, projíždějící kamiony a dokonce i tepelná expanze zařízení mohou utopit signály, které LIGO hledá. Dalším faktorem je velikost. Jakýkoli pozemní detektor může být pouze tak velký; LIGO, které také popisuje tvar L, je 2, 5 mil na stranu a odrazí laser dozadu a dopředu mezi zrcátky, aby dosáhlo efektivní délky 695 mil. To je dost velké, aby bylo možné efektivně vidět gravitační vlny s frekvencemi měřenými od asi 100 Hz do 1 000 Hz, uvedl Shane Larson, vědecký docent na Severozápadní univerzitě a jeden z vědců, kteří pracovali na LIGO. (Když tým LIGO oznámil svůj objev, nejnižší „slyšená“ frekvence byla asi 35 Hz). To znamená vlnové délky asi 300 000 až 8, 5 milionu metrů. (Gravitační vlny se pohybují rychlostí světla). To znamená, že kromě kolize černých děr může LIGO poslouchat neutronové hvězdy, když se točí nebo jejich dvojice spirály do sebe.
eLISA však bude moci vidět gravitační vlny, které uběhnou mnoho sekund - asi 0, 0001 až 1 Hz, což se promítá do gravitačních vln až 3 miliardy kilometrů.
Larson uvedl, že kmitočtový rozsah umožňuje detekci objektů a jevů, které LIGO nemůže porovnat. „Viděli jsme neutronové hvězdy, které se obíhají, ale mnohem dříve, než se k sobě přiblíží, “ řekl. „Nebo bílé trpasličí hvězdy. Bílé trpaslíci budou kontaktovat a slučovat se, ale učiní tak dříve, než je uvidí LIGO.“ eLISA je však vyzvedne.
Vitale dodal, že eLISA odpoví na některé základní otázky týkající se černých děr a galaktických center. "Víme, že každá galaxie má černou díru od stovek tisíc do miliard solárních hmot, " řekl. "[eLISA] vidíme kolizi zadních děr té velikosti. Můžeme také vidět malou černou díru padající do velké černé díry; to vysílá signál, který umožňuje jakési mapování gravitačního pole kolem černé díry." Přesný tvar těchto polí je v astrofyzice důležitou otevřenou otázkou. Mohlo by to dokonce ukázat, zda černé díry skutečně mají horizonty událostí.
Larson řekl, že vidění kolizí větších černých děr může také vrhnout světlo na to, jak byly černé díry v galaktických centrech tak velké. „Vidíme obrovské černé díry velmi brzy ve vesmíru. Jak se rychle stanou velkými? LISA je vidí na okraji pozorovatelného vesmíru.“
Uvedení eLISA je plánováno na spuštění v roce 2034 a data by měla být zahájena během několika měsíců po spuštění.
