LISA Melengkapkan Ujian Pemerhatian Gelombang Gravitational Groundbreaking

Misi Pathfinder LISA dapat membantu kita memahami lebih banyak meteor, asteroid, satelit, dan pelbagai projektil lain yang mengelilingi ruang angkasa dengan kelajuan yang tidak dapat dibayangkan, tetapi ia mempunyai satu matlamat utama: mengesahkan potensi untuk memerhatikan dan mengkaji gelombang graviti bergerak melalui ruang angkasa. Lebih dari 900,000 batu dari Bumi, kapal angkasa prototaip mengambil satu lompatan raksasa lebih dekat dengan matlamat itu. Dalam kertas baru yang diterbitkan di dalam Surat Pemeriksaan Fizikal, pasukan LISA mendedahkan bahawa ujian jatuh bebas LPF adalah kejayaan terobosan, melebihi jangkaan awal dan bertindak dengan ketepatan yang lebih daripada lima kali lebih baik daripada yang asalnya diperlukan.

Apabila Agensi Angkasa Eropah akhirnya melancarkan kapal angkasa yang canggih pada Disember lalu, kami tahu apa-apa tentang gelombang graviti - selain mempunyai firasat yang sangat bagus bahawa riak-riak ini dalam masa yang pertama dihipotakan oleh Albert Einstein sekurang-kurangnya wujud. Kemudian saintis sebenarnya dijumpai gelombang graviti - menggunakan sepasang instrumen ultra-sensitif di sini di permukaan bumi untuk mengesan isyarat gelombang graviti yang sangat samar-samar yang telah dihasilkan oleh sepasang lubang hitam besar yang berlanggar dengan satu sama lain.

Penemuan LIGO adalah satu rahmat kepada projek LISA kerana ia menegaskan bahawa gelombang graviti memang dapat dilihat. Tentunya, penemuan LIGO adalah kejadian yang "tepat pada masa yang tepat". Untuk benar-benar mengkaji gelombang graviti dan membolehkan diri kita melihat apa yang kelihatan seperti alam di luar spektrum elektromagnetik, kita perlu dapat melihat jenis isyarat ini pada frekuensi rendah - mungkin serendah 0.1 Hz. Ini bermakna anda memerlukan sistem yang memerhatikan flicker kecil di ruang angkasa sepanjang jarak seribu juta batu, tanpa campur tangan dari aktiviti seismik, haba, atau daratan. Itu tidak akan berlaku di Bumi.

Einstein meramalkan kehadiran gelombang graviti ketika dia mengembangkan teori relativitasnya. "Satu abad kemudian, kami berada di sini untuk membuka jalan untuk gelombang besar gravitasi besar pertama di ruang angkasa," kata Fabio Favata, ketua pejabat penyelarasan untuk pengarah sains ESA, kepada pemberita pada sidang akhbar Selasa. Kerana gelombang graviti bergerak melalui alam semesta yang tidak terhalang, mereka memberi para saintis pandangan kosmologi dunia yang telus. Favata menyamakan gelombang graviti kepada bunyi-bunyi hutan yang memberikan petunjuk mengenai apa yang ada di antara selimut tebal tumbuhan pokok - terdengar tetapi tidak kelihatan. Alat yang digunakan untuk mencari gelombang graviti adalah mikrofon yang membantu kita mendengar bunyi-bunyinya.

Apa sebenarnya gelombang ombak yang boleh menolong kita menunjukkan alam semesta? Walaupun ada harapan bahawa isyarat-isyarat ini dapat membantu kita dalam mencirikan populasi yang lebih baik di kawasan-kawasan galaksi, kelebihan utama adalah untuk membantu memahami lubang hitam yang lebih baik. Menangkap semua yang terdapat di sekitarnya termasuk cahaya, lubang hitam adalah fenomena yang sangat misteri yang diketahui oleh astrophysicists. Gelombang graviti akhirnya boleh memberikan jenis maklumat yang kita perlukan untuk menilai pandangan yang lebih lengkap tentang apa yang kelihatan seperti lubang hitam, bagaimana ia berperilaku, bagaimana ia berubah, dan sebagainya.

Itulah sebabnya keputusan terkini untuk misi Pathfinder LISA sangat penting. Dalam senario yang ideal, para saintis akan mengesan gelombang graviti di ruang angkasa dengan melancarkan dua atau lebih objek ke angkasa dan memisahkan mereka dengan beratus-ratus ribu atau bahkan berjuta-juta batu, dan menembak laser di antara benda-benda yang mampu memetik isyarat yang sangat lemah seperti gelombang graviti.

Projek seperti ini memerlukan sejumlah besar masa dan sumber, jadi anda perlu membuktikan konsep terlebih dahulu sebelum anda dapat memulakan eksperimen itu sendiri. Para saintis ESA pada dasarnya menyusut konsep itu ke dalam satu kapal angkasa tunggal - LISA Pathfinder. Yang terkandung di dalam kapal angkasa adalah dua jisim emas platinum dua kilogram yang dibebaskan ke dalam ruang vakum pada bulan Februari, dengan hari pertama operasi bermula pada 1 Mac. Objek adalah terlalu dekat dengan satu sama lain untuk gelombang graviti diukur, tetapi persekitaran LISA Pathfinder membolehkan para saintis menentukan sama ada objek ini dapat mencapai kejatuhan bebas yang sempurna di mana gerakan mereka hanya dikawal oleh graviti. Observatori berskala besar memerlukan jenis pengesahan yang sama - bahawa kekuatan luaran tidak akan memperlihatkan pengaruh graviti yang tidak wajar ke atas objek.

LISA Pathfinder mengukur percepatan relatif antara kedua-dua objek dengan menggunakan interferometer laser yang dapat mengesan perubahan pada skala yang lebih rendah daripada sepuluh juta pecahan graviti bumi yang seperlima - yang sepadan dengan berat virus di Bumi. Inilah yang lebih gila: Pengganggu "bunyi bising" yang diukur oleh kapal angkasa adalah 100 kali lebih rendah daripada yang diharapkan para saintis ESA. Keupayaan untuk mengukur jatuh bebas benar adalah pencapaian utama ke arah kajian gelombang graviti berskala besar di luar angkasa, dan kini meletakkan projek LISA pada jalan yang lebih pendek ke arah matlamat utama untuk membina dan melancarkan pemerhatian gelombang graviti.

ESA telah mengemukakan satu tahun pelancaran 2034 untuk pemerhatian gelombang graviti berskala besar. Laser akan mengukur turun naik dalam objek yang dipisahkan oleh berjuta-juta batu dalam tiga angkasa yang ditempatkan dalam fasa segi tiga.