La un milion de mile de Pământ, un satelit al Agenției Spațiale Europene care transporta doi cuburi plutitoare de aliaj de aur-platină a arătat că este posibilă măsurarea mișcării pe scara unui nucleu atomic, ceea ce ar putea dezvălui natura unora dintre cele mai masive obiecte din univers. .
Continut Asemanator
- Un laborator de fizică bazat pe spațiu i-ar putea ajuta pe oamenii de știință să studieze modul în care gravitația are loc spațiu-timp
Numită LISA Pathfinder, nava spațială este patul de testare pentru Antena Spațială Interferometru cu Evolut Laser (eLISA). Rezultatele au apărut astăzi într-o lucrare din Physical Review Letters .
Misiunea eLISA va consta în trei nave spațiale care orbitează spre soare. Una dintre navele spațiale va trage un laser către celelalte două, descriind o formă de L de 621.000 de mile pe o parte. Laserele vor măsura distanța dintre masele de încercare purtate de sonde până la câteva trilioane de metru - mai mici decât atomii. Măsurarea precisă va permite oamenilor de știință să observe undele gravitaționale - tulburări care întind spațiul în sine - care sunt o consecință a teoriei generale a relativității lui Einstein. Valul care trece va schimba lungimea unei părți a L în raport cu cealaltă și va permite oamenilor de știință să vadă curbura reală a spațiului.
„Spuneți dacă ați avut o masă la New York și una la Torino [Italia]”, spune Smithsonian.com Stefano Vitale, profesor de fizică la Universitatea Trento din Italia și investigatorul principal pentru LISA Pathfinder. „Amândoi accelerează spre centrul pământului. Când trece o undă gravitațională încep să cadă în direcții ușor diferite.”
Dar urmărirea unor astfel de mișcări minuscule este dificilă, a declarat Fabio Favata, șeful biroului de coordonare al Direcției Științei a ESA la o conferință de presă care anunță rezultatele. Acesta este motivul pentru care LISA Pathfinder a fost lansat. "Am decis că ar trebui să învățăm să mergem înainte să putem alerga", a spus el. "Acest lucru este analog proiectului Gemeni pentru Apollo ... Nu numai că am învățat să mergem, ci să facem jogging destul de bine."
În interiorul LISA Pathfinder, doi cubi de 1, 9 kilograme dintr-un aliaj de aur-platină plutesc exact la 14, 8 centimetri distanță. Un fascicul laser este reflectat de fiecare cub, iar laserele suprapuse își măsoară mișcarea una față de cealaltă.
"Am luat milioane de kilometri de LISA și am redus-o într-o singură navă spațială", a declarat Paul McNamara, om de știință al proiectului ESA pentru LISA Pathfinder. LISA Pathfinder este prea mică pentru a măsura undele gravitaționale, dar a arătat că instrumentele pot măsura mișcări foarte mici și că este posibil să construiți un mediu fără tulburări din mediul exterior.
LISA Pathfinder a arătat că poate ridica mișcare la scara femtometrului - o milionime de miliardime de metru. Acestea erau ordine de mărime mai bune decât speraseră, a spus Martin Hewitson, om de știință principal LISA Pathfinder. „Am vrut să vedem mișcări ale scării picometrului”, a spus el. Un picometru este de 1.000 de ori mai mare decât un femtometru. „Este de peste 100 de ori mai bun decât [observațiile] pe teren”.
Undele gravitaționale au fost detectate înainte. Oamenii de știință care lucrează la Laser Interferometru Gravitational Wave Observatory (LIGO) au anunțat în februarie că le-au găsit. Valurile au fost făcute probabil prin coliziunea a două găuri negre.
Dar LIGO este pe Pământ, ceea ce înseamnă că nu poate vedea tipurile de unde gravitaționale care ar putea fi produse de alte fenomene. Cutremurele din cealaltă parte a planetei, camioanele care trec și chiar expansiunea termică a echipamentelor pot îneca semnalele pe care le solicită LIGO. Un alt factor este dimensiunea. Orice detector de la sol poate fi doar atât de mare; LIGO, care descrie, de asemenea, o formă de L, este de 2, 5 mile pe o parte și sări la laser înainte și înapoi între oglinzi pentru a obține o lungime eficientă de 695 mile. Acest lucru este suficient de mare pentru a vedea în mod eficient undele gravitaționale cu frecvențe măsurate de la aproximativ 100 Hz la 1.000 Hz, a spus Shane Larson, profesor asociat de cercetare la Universitatea Northwestern și unul dintre oamenii de știință care au lucrat la LIGO. (Când echipa LIGO și-a anunțat descoperirea, frecvența cea mai mică „auzită” a fost de aproximativ 35 Hz). Aceasta se traduce prin lungimi de undă de aproximativ 300.000 până la 8, 5 milioane de metri. (Undele gravitaționale se mișcă cu viteza luminii). Asta înseamnă că, pe lângă coliziunile găurilor negre, LIGO poate asculta stele de neutroni în timp ce se învârt sau în perechi de ele în spirală între ele.
Totuși, eLISA va putea vedea valuri gravitaționale care durează multe secunde - aproximativ 0, 0001 la 1 Hz, ceea ce se traduce prin unde gravitaționale până la 3 miliarde de kilometri.
Larson a spus că intervalul de frecvență permite detectarea obiectelor și fenomenelor pe care LIGO nu le poate corespunde. „Am putut vedea stele cu neutroni care orbitează între ele, dar mult mai devreme, înainte de a se apropia unul de celălalt”, a spus el. „Sau stele pitice albe. Piticii albi vor contacta și se vor contopi, dar vor face acest lucru înainte ca LIGO să le poată vedea”. eLISA, însă, le va ridica.
Vitale a adăugat că eLISA va răspunde la unele întrebări fundamentale despre găurile negre și centrele galactice. „Știm că fiecare galaxie are o gaură neagră de la sute de mii la miliarde de mase solare”, a spus el. "[eLISA] poate vedea coliziunea găurilor din spate de acea dimensiune. De asemenea, putem vedea o mică gaură neagră căzând într-o gaură mare neagră; care trimite un semnal care permite un fel de mapare a câmpului gravitațional în jurul găurii negre." Forma exactă a acestor câmpuri este o importantă întrebare deschisă în astrofizică. S-ar putea chiar să arate dacă găurile negre au de fapt orizonturi de evenimente.
Larson a spus că văzând ciocnirile unor găuri negre mai mari ar putea arunca o lumină asupra modului în care găurile negre din centrele galactice au devenit atât de mari. "Vedem găuri enorme negre foarte devreme în univers. Cum se fac mari atât de repede? LISA poate vedea acestea până la marginea universului observabil."
eLISA este planificat pentru lansare în 2034 și ar trebui să înceapă să ia date în doar câteva luni de la lansare.
