Miljon miili kaugusel Maast pärit Euroopa kosmoseagentuuri satelliit, mis kandis kahte ujuvat kuld-plaatina sulamist kuupi, näitas, et aatomituuma skaalal on võimalik liikumist mõõta, mis võib paljastada universumi mõne kõige massiivsema objekti olemuse. .
Seotud sisu
- Kosmosepõhine füüsikalabor võiks aidata teadlastel uurida, kuidas gravitatsioon kosmoseaega rikub
Kosmosesõiduk nimega LISA Pathfinder on Evolved Laser Interferomeetri kosmoseantenni (eLISA) proovialus. Tulemused ilmusid täna ajakirja Physical Review Letters ajakirjas.
ELISA missioon koosneb kolmest päikese ümber tiirlevast kosmoseaparaadist. Üks kosmoselaevadest laseb laseri kahe teise suunas, kirjeldades L-kuju 621 000 miili küljel. Laserid mõõdavad sondi kantavate katsemasside vahekaugust mõne triljoni kolmandiku meetri täpsusega - väiksemat kui aatomid. Täpne mõõtmine võimaldab teadlastel jälgida Einsteini üldise relatiivsusteooria tagajärge gravitatsioonilisi laineid - häireid, mis ulatuvad ruumi endani -. See mööduv laine muudab L-i ühe külje pikkust teise suhtes ja laseb teadlastel näha ruumi tegelikku kumerust.
"Ütle, kas sul oleks üks mass New Yorgis ja üks Torinos [Itaalias], " räägib Stefano Vitale, Itaalia Trento ülikooli füüsikaprofessor ja LISA Pathfinderi juhtivteadur Smithsonian.com. "Nad mõlemad kiirenevad maa keskpunkti suunas. Kui gravitatsiooniline laine möödub, hakkavad nad langema veidi erinevates suundades."
Kuid selliste pisikeste liikumiste jälgimine on keeruline, ütles ESA teaduse direktoraadi koordinatsioonibüroo juhataja Fabio Favata tulemusi teatavaks teinud pressikonverentsil. Seetõttu käivitati LISA Pathfinder. "Otsustasime, et enne jooksma õppimist peaksime õppima kõndima, " sõnas ta. "See on analoogne Apollo Kaksikute projektiga ... Me pole mitte ainult kõndima õppinud, vaid ka päris hästi sörkima."
LISA Pathfinderi sees hõljuvad kaks 1, 9-kilogrammist kuld-plaatina sulamist kuubikut täpselt 14, 8 tolli kaugusel. Laserkiir peegeldub igast kuubikust ja üksteise peal asetsevad laserid mõõdavad nende liikumist üksteise suhtes.
"Me viisime LISA miljonite kilomeetrite kaugusele ja kahandasime selle üheks kosmoselaevaks, " ütles LISA Pathfinderi ESA projekti teadlane Paul McNamara. LISA Pathfinder on gravitatsiooniliste lainete mõõtmiseks liiga väike, kuid see näitas, et instrumendid suudavad mõõta väga väikeseid liikumisi ja et on võimalik luua keskkond, kus väliskeskkond ei häiri.
LISA teerajaja näitas, et see võib kiirendada liikumist femtomeetri skaalal - üks miljondik meetrist. See oli suurusjärku parem, kui nad lootsid, ütles LISA Pathfinderi vanemteadur Martin Hewitson. "Tahtsime näha pikomeetri skaala liikumisi, " ütles ta. Pikomeeter on 1000 korda suurem kui femtomeeter. "See on rohkem kui 100 korda parem kui kohapeal tehtud tähelepanekud."
Gravitatsioonilisi laineid on varem tuvastatud. Laserinterferomeetri gravitatsiooniliste lainete vaatluskeskuses (LIGO) töötavad teadlased teatasid veebruaris, et on nad leidnud. Lained tehti tõenäoliselt kahe musta augu kokkupõrkel.
Kuid LIGO asub Maal, mis tähendab, et ta ei näe selliseid gravitatsioonilaineid, mida võivad tekitada muud nähtused. Maavärinad teisel pool planeeti, mööduvad veoautod ja isegi seadmete soojuspaisumine võivad LIGO otsitavad signaalid unustada. Teine tegur on suurus. Iga maapealne detektor võib olla ainult nii suur; LIGO, mis kirjeldab ka L-kuju, on küljel 2, 5 miili ja põrkab laserit peeglite vahel edasi-tagasi, et saada efektiivne pikkus 695 miili. See on piisavalt suur, et gravitatsioonilisi laineid tõhusalt näha sagedustel, mis on mõõdetud umbes 100 Hz kuni 1000 Hz, ütles Shane Larson, Loodeülikooli teadusuuringute dotsent ja üks LIGO kallal töötanud teadlasi. (Kui LIGO meeskond teatas oma avastusest, oli madalaim sagedus "kuulnud" umbes 35 Hz). See tähendab lainepikkusi umbes 300 000–8, 5 miljonit meetrit. (Gravitatsioonilained liiguvad valguse kiirusel). See tähendab, et lisaks mustade aukude põrumisele saab LIGO kuulata ka neutrontähti, kui nad keerlevad või paarikaupa üksteise sisse keerduvad.
eLISA oskab aga näha gravitatsioonilaineid, mille möödasõit võtab palju sekundeid - umbes 0, 0001 kuni 1 Hz, mis tähendab, et gravitatsioonilaineteks on 3 miljardit kilomeetrit.
Larson ütles, et sagedusvahemik võimaldab tuvastada objekte ja nähtusi, millele LIGO ei sobi. "Me võis näha neutrontähti, mis tiirlevad üksteise ümber, kuid palju varem, enne kui nad üksteisele lähedale jõuavad, " ütles ta. "Või valged kääbustähed. Valged kääbused võtavad ühendust ja liituvad, kuid nad teevad seda enne, kui LIGO neid näeb." eLISA aga valib nad üles.
Vitale lisas, et eLISA vastab mõnedele põhilistele küsimustele mustade aukude ja galaktiliste keskuste kohta. "Me teame, et igal galaktikal on must auk sadadest tuhandetest kuni miljarditeni päikesemassidest, " ütles ta. "[eLISA] näeb sellise suurusega tagumiste aukude kokkupõrget. Näeme ka väikest musta auku, mis kukub suureks mustaks auku; see saadab signaali, mis võimaldab omamoodi raskusjõu välja kaardistada musta augu ümber." Nende väljade täpne kuju on astrofüüsikas oluline avatud küsimus. See võib isegi näidata, kas mustadel aukutel on tegelikult sündmuste horisonti.
Larsoni sõnul võib suuremate mustade aukude kokkupõrgete nägemine valgustada ka seda, kuidas galaktiliste keskuste mustad augud nii suureks said. "Me näeme tohutuid mustaid auke universumi väga varakult. Kuidas nad nii kiiresti suureks saavad? LISA näeb neid vaadeldava universumi servani."
eLISA on kavas käivitada 2034. aastal ja peaks andmete kogumist alustama alles mõne kuu jooksul pärast käivitamist.
