Недавно је Европска свемирска агенција (ЕСА) званично одобрила први експериментални пројекат за мерење гравитационих таласа у свемиру. Пројекат, назван Ласер Интерферометриц Спаце Антенна (ЛИСА), откриће масивне таласе у простор-времену изазване космичким догађајима као што је спајање супермасивних црних рупа анализом прецизног времена ширења ласерског зрака преко 2,5 милиона километара унутар соларни систем.
Европска свемирска агенција објавила је 25. јануара да ће изградња мисије од више милијарди евра почети 2025. године, а планирано је лансирање 2035. године. „Мисија је веома иновативна и отвориће прозор за изворе гравитационих таласа које само ЛИСА може да открије“, рекла је Валерија Корол, астрофизичарка са Института Макс Планк за астрофизику у Гарсингу, Немачка, која је чланица ЛИСА сарадње. тим.
Оно што ЛИСА чини јединственом у поређењу са земаљским детекторима је њена способност да детектује гравитационе таласе на нижим фреквенцијама, што значи да може да расветли много веће и удаљеније космичке појаве, као што су црне рупе које круже једна око друге, а које су много већег обима. и удаљености од оних које је први пут открила земаљска ласерска интерферометријска опсерваторија гравитационих таласа (ЛИГО) 2015.
Пројекат ЛИСА је дуго настајао, подсећа Карстен Данзман, директор Института за гравитациону физику Макс Планк у Хановеру у Немачкој и шеф конзорцијума ЛИСА, који је првобитно написао предлог за ЛИСА пре 31 годину. Експеримент има за циљ да открије гравитационе таласе мерењем удаљености (на најближи трилионти део метра) на којој ласер путује између две тачке масе удаљене милионима километара, са таквом прецизношћу да практично ништа осим самог простор-времена не може утицати на кретање Карстен Данзман је уверен да ће се пројекат остварити, наводећи да су „људи у почетку мислили да је идеја смешна, али сам им рекао да само буду стрпљиви“.
Златни троугао мисије ЛИСА:Детекција гравитационих таласа у свемиру
Програм ЛИСА ће се састојати од три униформно конфигурисане летелице које ће кружити око Сунца у формацији једнакостраничног троугла (слика 1). Унутар сваке летелице налази се 4,6 цм дуга плутајућа коцка направљена од злата и платине. Коришћењем ласера за прецизно мерење релативних растојања између ових коцкица, ЛИСА је у стању да детектује суптилне просторне и временске варијације изазване гравитационим таласима са веома високом прецизношћу (реда пикометара, или милијардом милиметра). Такве промене настају убрзаним кретањем масивних објеката. Ова фина мерења омогућавају ЛИСА-и да прецизно одреди извор гравитационих таласа, уређај који Валерија Корол описује као "инструмент из научне фантастике".
Слика 1. Концептуални дијаграм летелице мисије ЛИСА. 3 сателита ће формирати троугао у орбити око Сунца.
Карстен Данзман истиче да упркос изазовима извођења високо прецизних мерења на таквим удаљеностима, свемирско окружење је много погодније за такве експерименте него тло. Одсуство вибрација, атмосферских поремећаја и других осцилација у простору пружа готово савршен вакуум за експерименте. Међутим, сложеност технологије захтева да опрема буде изузетно поуздана, јер се не може једноставно поправити на лицу места када се покрене.
Пројекат ЛИСА је дизајниран да детектује гравитационе таласе на таласним дужинама између 300,000 километара и 3 милијарде километара, опсег који попуњава јаз између могућности детекције земаљске ласерске интерферометријске опсерваторије гравитационих таласа (ЛИГО) и Пулсар Тиминг Арраи. Може да детектује гравитационе таласе на дужим таласним дужинама у поређењу са ЛИГО и на релативно краћим таласним дужинама у поређењу са Пулсар Тиминг Арраи. Тренутно, Пулсар Тиминг Арраи спроводи истраживање за посматрање и проучавање гравитационих таласа широм галаксије користећи неке звезде као "светионике", који емитују периодичне сигнале који помажу научницима да открију веће таласне дужине гравитационих таласа.
Изгледи за ЛИСА и глобалну сарадњу на детекцији гравитационих таласа
Карстен Данзман истиче да различити експерименти посматрају сопствене јединствене феномене и дају комплементарне податке, баш као што то раде радио телескопи и уређаји за видљиво светло. Захваљујући својој великој величини, ЛИСА ће моћи да открије гравитационе таласе од спајања супермасивних црних рупа, као и сигнале који су емитовани раније у фази судара коју је открио ЛИГО. Такође се очекује да открије никада раније виђене космичке догађаје, као што су судари белих патуљака изнад величине црних рупа и спајања бинарних црних рупа неједнаке масе.
Астрономи очекују да ће експеримент открити позадинску буку гравитационих таласа генерисану у раном универзуму, што је предвиђено теоријом, и потенцијално ухватити сигнале које емитују најраније црне рупе, рекла је Валерија Корол. Очекује се да ће ЛИСА помоћи научницима да тачније схвате како је стопа проширење универзума се променило мерењем растојања до извора гравитационих таласа које детектује.
Кина такође планира да лансира сопствене детекторе свемирских гравитационих таласа 2030-их, који се називају Детекција свемирских гравитационих таласа „Таији програм“ и „Тианкин програм“. Кинески програм детекције свемирских гравитационих таласа потпомогнут је развојем пројекта ЛИСА, који повећава могућност његове имплементације. Програм „Тианкин програма” познат је као кинески програм, а за разлику од европског ЛИСА програма, његов циљ је да се око 2035. године изгради свемирска опсерваторија гравитационих таласа размештањем три потпуно синхрона сателита у геоцентричне орбите на висини од око 100,000 километара, чинећи једнакостранично троугласто сазвежђе са дужином стране од око 170,000 километара "Тианкин", за вршење свемирске детекције гравитационих таласа. „Таији план“ је у основи исти као и европски ЛИСА план, у хелиоцентричној орбити удаљеној око 50 милиона километара од Земље, лансирање три потпуно слична сателита, орбита три звездице са Сунцем као центром, дизајн дужине крака ометања, односно размака сателита од 3 милиона километара. Тианкин, ЛИСА, Таији три плана, први је програм геоцентричне орбите, друга два су програм хелиоцентричне орбите, потребна им је иста основна технологија, такође имају своје различите техничке потешкоће, али детекција свемирских гравитационих таласа има комплементарност. Одобрење ЛИСА програма од стране ЕСА означава важну прекретницу у научној заједници.
