Miljoonan mailin päässä maapallosta Euroopan avaruusjärjestön satelliitti, joka kantoi kahta kelluvaa kuutiota kulta-platinalejeerinkiä, osoitti, että on mahdollista mitata liike atomin ytimen mittakaavassa, mikä voisi paljastaa joidenkin maailmankaikkeuden massiivisimpien esineiden luonteen. .
Asiaan liittyvä sisältö
- Avaruuspohjainen fysiikan laboratorio voi auttaa tutkijoita tutkimaan kuinka painovoima vääntää avaruusaikaa
Alue on nimeltään LISA Pathfinder, ja se on testisänky Evolved Laser Interferometr Space Space -antennille (eLISA). Tulokset ilmestyivät tänään Physical Review Letters -lehdessä .
ELISA-operaatio koostuu kolmesta auringon kiertävästä avaruusaluksesta. Yksi avaruusaluksista ampuu laseria kahta muuta kohti ja kuvaa L-muotoa 621 000 mailia sivulta. Laserit mittaavat koettimien kuljettamien testimassojen etäisyyden muutaman biljoonan metrin tarkkuudella - atomeja pienemmäksi. Tarkka mittaus antaa tutkijoille mahdollisuuden havaita painovoima-aaltoja - häiriöitä, jotka venyttävät itse tilaa -, jotka ovat seurausta Einsteinin yleisestä suhteellisuusteoriasta. Tämä kulkeva aalto muuttaa L: n toisen puolen pituutta toiseen nähden ja antaa tutkijoiden nähdä tilan todellisen kaarevuuden.
"Sano, jos sinulla olisi yksi massa New Yorkissa ja yksi Torinossa [Italia]", Stefano Vitale, Italian Trenton yliopiston fysiikan professori ja LISA Pathfinderin päätutkija, kertoo Smithsonian.com. "He molemmat kiihtyvät kohti maan keskustaa. Kun painovoima-aalto menee, ne alkavat pudota hieman eri suuntiin."
Mutta niin pienten liikkeiden jäljittäminen on vaikeaa, totesi ESAn tiedeosaston koordinointitoimiston päällikkö Fabio Favata tuloksia ilmoittavassa tiedotustilaisuudessa. Siksi LISA Pathfinder lanseerattiin. "Päätimme, että meidän pitäisi oppia kävelemään ennen kuin voimme juoksua", hän sanoi. "Tämä on analoginen Apollon Gemini-projektin kanssa ... Emme ole vain oppineet kävelemään, vaan lenkkeilemään melko hyvin."
LISA Pathfinderin sisällä kaksi 1, 9-kiloista kuutiota kulta-platinalejeerinkiä kelluu tarkalleen 14, 8 tuuman välein. Lasersäde heijastuu kustakin kuutiosta, ja päällekkäin asetetut laserit mittaavat liikettä toisiinsa nähden.
"Otamme miljoonia kilometrejä LISA: tä ja kutistimme sen yhdeksi avaruusalukseksi", kertoi LISA Pathfinderin ESA-projektin tutkija Paul McNamara. LISA Pathfinder on liian pieni mittaamaan painovoima-aaltoja, mutta se osoitti, että instrumentit pystyivät mittaamaan hyvin pieniä liikkeitä ja että on mahdollista rakentaa ympäristö ilman häiriöitä ulkoympäristöstä.
LISA Pathfinder osoitti pystyvänsä ottamaan liikettä femtometriasteikolla - miljoonaosan metrin metristä. Se oli suuruusluokkaa parempi kuin he olivat toivoneet, sanoi Martin Pathfinderin vanhempi tutkija Martin Hewitson. "Halusimme nähdä pikometrimittakaavan liikkeet", hän sanoi. Pikometri on 1 000 kertaa suurempi kuin femtometri. "Se on yli 100 kertaa parempi kuin [havainnot] kentällä."
Gravitaatioaaltoja on havaittu aiemmin. Laserinterferometrin gravitaatioaaltojen observatoriossa (LIGO) työskentelevät tutkijat ilmoittivat löytäneensä heidät helmikuussa. Aallot tehtiin todennäköisesti kahden mustan aukon törmäyksessä.
Mutta LIGO on maan päällä, mikä tarkoittaa, että se ei näe sellaisia gravitaatioaaltoja, joita muut ilmiöt voivat tuottaa. Maapallonjäristykset planeetan toisella puolella, ohitse kulkevat kuorma-autot ja jopa laitteen lämpölaajeneminen voivat hukkaa signaalit, joita LIGO pyrkii. Toinen tekijä on koko. Mikä tahansa maaperäinen ilmaisin voi olla vain niin suuri; LIGO, joka kuvaa myös L-muotoa, on 2, 5 mailia sivulta, ja pomppii laseria edestakaisin peilien välillä, jotta efektiivinen pituus olisi 695 mailia. Se on riittävän suuri, jotta voidaan nähdä tehokkaasti painovoima-aallot, joiden taajuudet ovat noin 100 Hz - 1 000 Hz, sanoi Shane Larson, Northwestern Universityn apulaisprofessori ja yksi LIGO: lla työskennelleistä tutkijoista. (Kun LIGO-joukkue ilmoitti löytöstään, alin "kuullut" taajuus oli noin 35 Hz). Se tarkoittaa aallonpituuksia, jotka ovat noin 300 000 - 8, 5 miljoonaa metriä. (Painovoima-aallot liikkuvat valon nopeudella). Tämä tarkoittaa, että LIGO voi myös mustien reikien törmäyksen lisäksi kuunnella myös neutronitähtiä pyöriessään tai pareina niiden spiraalina toisiinsa.
eLISA pystyy kuitenkin näkemään gravitaatioaallot, joiden ohittaminen kestää monta sekuntia - noin 0, 0001–1 Hz, mikä tarkoittaa painovoima-aaltoja jopa 3 miljardia kilometriä.
Larson kertoi, että taajuusalue mahdollistaa kohteiden ja ilmiöiden havaitsemisen, joita LIGO ei pysty vastaamaan. "Voimme nähdä neutronitähtiä, jotka kiertävät toisiaan, mutta paljon aikaisemmin, ennen kuin ne pääsevät lähelle toisiaan", hän sanoi. "Tai valkoiset kääpiötähdet. Valkoiset kääpiöt ottavat yhteyttä ja yhdistyvät, mutta tekevät niin ennen kuin LIGO voi nähdä ne." eLISA kuitenkin valitsee heidät.
Vitale lisäsi, että eLISA vastaa joihinkin peruskysymyksiin, jotka koskevat mustia aukkoja ja galaktisia keskuksia. "Tiedämme, että jokaisessa galaksissa on musta aukko sadoista tuhansista miljardiin aurinkomassoihin", hän sanoi. "[eLISA] voi nähdä samankokoisten takareikien törmäyksen. Voimme nähdä myös pienen mustan aukon putoamisen suureen mustaan reikään; se lähettää signaalin, joka mahdollistaa eräänlaisen painovoimakentän kartoittamisen mustan aukon ympärille." Näiden kenttien tarkka muoto on tärkeä avoin kysymys astrofysiikassa. Se saattaa jopa osoittaa, onko mustilla reikillä todella tapahtumahorisonttia.
Larsonin mukaan suurempien mustien reikien törmäysten havaitseminen saattaisi myös valaista kuinka galaktisten keskuksien mustat aukot nousivat niin suuriksi. "Näemme valtavia mustia aukkoja hyvin varhaisessa vaiheessa maailmankaikkeudessa. Kuinka ne kasvavat nopeasti niin nopeasti? LISA näkee nämä havaittavan maailmankaikkeuden reunalla."
eLISA on tarkoitus käynnistää vuonna 2034, ja sen pitäisi alkaa kerätä tietoja vasta muutaman kuukauden kuluessa markkinoille saattamisesta.
