На милион мили от Земята, спътник на Европейската космическа агенция, превозващ два плаващи куба злато-платинена сплав, показа, че е възможно да се измери движението в мащаба на атомно ядро, което може да разкрие природата на някои от най-масивните обекти във Вселената,
Свързано съдържание
- Космическата лаборатория по физика може да помогне на учените да проучат как гравитацията изкривява космическото време
Наречен LISA Pathfinder, космическият кораб е тестовото легло за космическата антена Evolved Laser Interferometer (eLISA). Резултатите се появиха днес в статия в Physical Review Letters .
Мисията на eLISA ще се състои от три космически кораба в орбита на Слънцето. Един от космическите кораби ще стреля с лазер към другите два, описвайки форма на L 621 000 мили отстрани. Лазерите ще измерват разстоянието между изпитваните маси, пренасяни от сондите, в рамките на няколко трилиона на метър - по-малко от атомите. Прецизното измерване ще позволи на учените да наблюдават гравитационните вълни - смущения, които разтягат самото пространство - които са следствие от общата теория на относителността на Айнщайн. Тази преминаваща вълна ще промени дължината на едната страна на L спрямо другата и ще позволи на учените да видят действителната кривина на пространството.
"Кажете, ако сте имали една маса в Ню Йорк и една в Торино [Италия]", казва за Smithsonian.com Стефано Витале, професор по физика в университета в Тренто в Италия и главен изследовател за LISA Pathfinder. "И двете ускоряват към центъра на земята. Когато преминава гравитационна вълна, те започват да падат в малко различни посоки."
Но проследяването на подобни дребни движения е трудно, каза Фабио Фавата, ръководител на координационния офис на Дирекция на науката на ЕКА на пресконференция, обявяваща резултатите. Ето защо стартира LISA Pathfinder. "Решихме, че трябва да се научим да ходим, преди да успеем да тичаме", каза той. "Това е аналог на проекта за Близнаци за Аполон ... Ние не само се научихме да ходим, но и да бягаме доста добре."
Вътре в LISA Pathfinder два 1.9-килограмови кубчета от злато-платинена сплав плават точно на 14, 8 инча. От всеки куб се отразява лазерен лъч и наслоените лазери измерват движението си един спрямо друг.
„Взехме милионите километри LISA и го свихме в един космически кораб“, казва Пол Макнамара, учен по проекта на ESA за LISA Pathfinder. LISA Pathfinder е твърде малък, за да измерва гравитационните вълни, но показа, че инструментите могат да измерват много малки движения и че е възможно да се създаде среда без смущения от външната среда.
LISA Pathfinder показа, че може да вземе движение в скалата на фемтометъра - една милионна част от милиардна част от метър. Това беше порядък по-добър, отколкото се надяваха, каза Мартин Хевитсън, старши учен от LISA Pathfinder. „Искахме да видим движения на мащаба на пикометъра“, каза той. Пикометърът е 1000 пъти по-голям от фемтометъра. "Той е повече от 100 пъти по-добър от [наблюдения] на земята."
Гравитационните вълни са открити и преди. Учени, работещи в Лазерната интерферометрова гравитационна обсерватория (LIGO), обявиха през февруари, че са ги открили. Вълните вероятно са направени от сблъсъка на две черни дупки.
Но LIGO е на Земята, което означава, че не може да види видовете гравитационни вълни, които могат да бъдат произведени от други явления. Земетресенията от другата страна на планетата, преминаването на камиони и дори термичното разширяване на оборудването може да заглуши сигналите, които LIGO търси. Друг фактор е размерът. Всеки наземен детектор може да бъде само толкова голям; LIGO, който също описва L-образна форма, е на 2, 5 мили отстрани и отскача лазера назад и напред между огледалата, за да получи ефективна дължина от 695 мили. Това е достатъчно голямо, за да виждате ефективно гравитационните вълни с честоти, измерени от около 100 Hz до 1000 Hz, заяви Шейн Ларсън, доцент по научни изследвания в Северозападния университет и един от учените, които са работили върху LIGO. (Когато екипът на LIGO обяви своето откритие, най-ниската честота, „чувана“, беше около 35 Hz). Това означава дължина на вълната от около 300 000 до 8, 5 милиона метра. (Гравитационните вълни се движат със скоростта на светлината). Това означава, че освен сблъскване на черни дупки, LIGO може да слуша неутронни звезди, докато се въртят или като двойки от тях се спирали една в друга.
eLISA обаче ще може да вижда гравитационни вълни, които отнемат много секунди, за да минат - около 0, 0001 до 1 Hz, което се превежда на гравитационни вълни до 3 милиарда километра.
Ларсън каза, че честотният диапазон позволява откриване на обекти и явления, които LIGO не могат да съвпадат. "Бихме могли да видим неутронни звезди, които обикалят около себе си, но много по-рано, преди да се приближат един до друг", каза той. "Или бели звезди джуджета. Белите джуджета ще се свържат и ще се слеят, но те ще направят това, преди LIGO да ги види." eLISA обаче ще ги вземе.
Vitale добави, че eLISA ще отговори на някои основни въпроси относно черните дупки и галактическите центрове. "Знаем, че всяка галактика има черна дупка от стотици хиляди до милиарди слънчеви маси", каза той. "[eLISA] може да види сблъсък на задни дупки с такъв размер. Можем да видим и малка черна дупка, попадаща в голяма черна дупка; която изпраща сигнал, който позволява своеобразно картографиране на гравитационното поле около черна дупка." Точната форма на тези полета е важен открит въпрос в астрофизиката. Може дори да покаже дали черните дупки всъщност имат хоризонти на събитията.
Ларсън каза, че виждането на сблъсъците на по-големи черни дупки също може да хвърли светлина върху това как черните дупки в галактическите центрове стават толкова големи. "Ние виждаме огромни черни дупки много рано във Вселената. Как те стават големи толкова бързо? LISA може да ги види до ръба на наблюдателната вселена."
eLISA се планира да стартира през 2034 г. и трябва да започне да приема данни само след няколко месеца от старта.
