LISA ยานอวกาศเสร็จสิ้นการทดสอบการสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงที่ก้าวล้ำ

ภารกิจ LISA Pathfinder ช่วยให้เราเข้าใจอุกกาบาต, ดาวเคราะห์น้อย, ดาวเทียมและขีปนาวุธอื่น ๆ อีกมากมายที่พุ่งไปรอบ ๆ อวกาศด้วยความเร็วที่ไม่สามารถจินตนาการได้ แต่มันมีเป้าหมายหลักประการหนึ่งคือการตรวจสอบศักยภาพในการสังเกตและศึกษาคลื่นความโน้มถ่วงที่เคลื่อนที่ผ่านอวกาศ ยานอวกาศต้นแบบนั้นอยู่ห่างจากโลกมากกว่า 900,000 ไมล์ห่างจากเป้าหมายหนึ่งไมล์ ในบทความใหม่ที่ตีพิมพ์ใน จดหมายทบทวนทางกายภาพ ทีม LISA เปิดเผยว่าการทดสอบที่ล้มลงของ LPF นั้นประสบความสำเร็จอย่างมากเหนือความคาดหวังเริ่มต้นและทำหน้าที่ด้วยความแม่นยำซึ่งดีกว่าที่ต้องการมากกว่าห้าเท่า

เมื่อองค์การอวกาศยุโรปได้เปิดตัวยานอวกาศที่ทันสมัยในเดือนธันวาคมปีที่แล้วเรารู้ว่าไม่มีอะไรเกี่ยวกับคลื่นความโน้มถ่วง - นอกเหนือจากการมีลางสังหรณ์ที่ดีจริงๆที่อัลเบิร์ตไอน์สไตน์ตั้งสมมติฐานไว้. จากนั้นนักวิทยาศาสตร์จริง ๆ พบ คลื่นความโน้มถ่วง - ใช้เครื่องมือที่มีความไวสูงพิเศษที่นี่บนพื้นผิวโลกเพื่อตรวจจับสัญญาณคลื่นความโน้มถ่วงที่จางมากซึ่งเกิดจากหลุมดำขนาดใหญ่หนึ่งคู่ชนกัน

การค้นพบ LIGO เป็นประโยชน์ต่อโครงการ LISA เนื่องจากเป็นที่ยอมรับว่าคลื่นความโน้มถ่วงนั้นสามารถสังเกตได้อย่างแน่นอน แน่นอนการค้นพบของ LIGO เป็นสิ่งที่เกิดขึ้นใน "สถานที่ที่เหมาะสมในเวลาที่เหมาะสม" ในการศึกษาคลื่นความโน้มถ่วงอย่างแท้จริงและให้เรามองสิ่งที่เอกภพมีลักษณะนอกเหนือจากสเปกตรัมคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเราต้องสามารถสังเกตสัญญาณประเภทนี้ที่ความถี่ต่ำ - อาจต่ำถึง 0.1 เฮิร์ตซ์ นั่นหมายความว่าคุณต้องการระบบที่จะสังเกตการกะพริบของแสงในอวกาศในระยะทางไกลถึงใหญ่ถึงหนึ่งล้านไมล์โดยปราศจากการแทรกแซงจากกิจกรรมแผ่นดินไหวความร้อนหรือภาคพื้นดิน นั่นจะไม่เกิดขึ้นบนโลกนี้

Einstein ทำนายการปรากฏตัวของคลื่นความโน้มถ่วงเมื่อเขาพัฒนาทฤษฎีสัมพัทธภาพของเขา “ หนึ่งศตวรรษต่อมาเราอยู่ที่นี่เพื่อปูทางไปสู่หอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงขนาดใหญ่แห่งแรกในอวกาศ” Fabio Favata หัวหน้าสำนักงานประสานงานสำหรับผู้อำนวยการด้านวิทยาศาสตร์ของ ESA กล่าวกับผู้สื่อข่าวในงานแถลงข่าวเมื่อวันอังคาร เนื่องจากคลื่นความโน้มถ่วงเคลื่อนที่ผ่านเอกภพไม่มีข้อ จำกัด พวกมันทำให้นักวิทยาศาสตร์มองมุมมองทางเอกภพของโลกที่โปร่งใส Favata เปรียบคลื่นความโน้มถ่วงกับเสียงของป่าที่ให้เบาะแสสิ่งที่มีอยู่ในระหว่างพุ่มไม้หนาทึบของต้นไม้ - ได้ยิน แต่มองไม่เห็น เครื่องมือที่ใช้ในการค้นหาคลื่นความโน้มถ่วงเป็นไมโครโฟนที่ช่วยให้เราฟังในเสียงเหล่านั้น

คลื่นความโน้มถ่วงสามารถช่วยเราแสดงอะไรเกี่ยวกับจักรวาลได้บ้าง? แม้ว่าจะมีความหวังว่าสัญญาณเหล่านั้นสามารถช่วยเราในการจำแนกลักษณะดาวฤกษ์ที่ดีขึ้นในภูมิภาคกาแลคซี แต่ข้อได้เปรียบที่สำคัญคือช่วยให้เข้าใจหลุมดำได้ดีขึ้น การดักทุกอย่างในบริเวณใกล้เคียงรวมถึงแสงหลุมดำเป็นปรากฏการณ์ลึกลับอย่างยิ่งที่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์รู้เพียงเล็กน้อย ในที่สุดคลื่นความโน้มถ่วงสามารถให้ข้อมูลประเภทที่เราต้องการเพื่อประเมินมุมมองที่สมบูรณ์มากขึ้นว่าหลุมดำมีลักษณะเป็นอย่างไรลักษณะการทำงานวิวัฒนาการอย่างไร ฯลฯ

นั่นเป็นเหตุผลที่ผลลัพธ์ล่าสุดสำหรับภารกิจ LISA Pathfinder นั้นสำคัญมาก ในสถานการณ์ที่เหมาะนักวิทยาศาสตร์จะตรวจจับคลื่นความโน้มถ่วงในอวกาศโดยปล่อยวัตถุสองชิ้นขึ้นไปสู่อวกาศและแยกพวกมันออกเป็นหลายร้อยหลายพันหรือหลายล้านไมล์และยิงเลเซอร์ระหว่างวัตถุเหล่านั้นที่สามารถรับสัญญาณจาง ๆ ได้ เหมือนคลื่นความโน้มถ่วง

โครงการเช่นนี้จะต้องใช้เวลาและทรัพยากรมหาศาลดังนั้นคุณต้องพิสูจน์แนวคิดก่อนที่คุณจะสามารถเริ่มต้นการทดสอบได้ นักวิทยาศาสตร์ของ ESA นั้นย่อความคิดลงไปในยานอวกาศเดียวนั่นคือ LISA Pathfinder ภายในยานอวกาศนั้นมีมวลทองคำทองคำสองกิโลกรัมซึ่งถูกปล่อยสู่ห้องสุญญากาศในเดือนกุมภาพันธ์โดยมีวันแรกของการดำเนินการเริ่มต้นในวันที่ 1 มีนาคมวัตถุนั้นอยู่ใกล้กันมากเกินไปสำหรับคลื่นความโน้มถ่วงที่จะถูกวัด แต่สภาพแวดล้อม LISA Pathfinder อนุญาตให้นักวิทยาศาสตร์ตรวจสอบว่าเป็นไปได้หรือไม่ที่วัตถุเหล่านี้จะบรรลุการตกอิสระที่สมบูรณ์แบบซึ่งการเคลื่อนไหวของพวกมันถูกควบคุมโดยแรงโน้มถ่วงเท่านั้น หอสังเกตการณ์ขนาดใหญ่จะต้องมีการตรวจสอบแบบเดียวกัน - ว่ากองกำลังภายนอกจะไม่แสดงอิทธิพลของแรงโน้มถ่วงที่ไม่เหมาะกับวัตถุ

LISA Pathfinder วัดการเร่งความเร็วสัมพัทธ์ระหว่างวัตถุสองชิ้นโดยใช้เครื่องเลเซอร์ interferometer ที่สามารถตรวจจับการเปลี่ยนแปลงในระดับที่ต่ำกว่าสิบล้านส่วนหนึ่งของการเร่งความเร็วความโน้มถ่วงของโลกที่มีค่าเป็นพันล้านซึ่งสอดคล้องกับน้ำหนักของไวรัสบนโลก นี่คือสิ่งที่น่าประหลาดกว่า: รบกวน "เสียง" ที่วัดโดยยานอวกาศนั้นต่ำกว่าที่นักวิทยาศาสตร์ ESA คาดไว้ 100 เท่า ความสามารถในการวัดการลดลงของฤดูใบไม้ร่วงที่แท้จริงนั้นเป็นความสำเร็จครั้งสำคัญในการศึกษาคลื่นความโน้มถ่วงขนาดใหญ่ในอวกาศและตอนนี้ทำให้โครงการ LISA บนเส้นทางที่สั้นลงสู่เป้าหมายสูงสุดในการสร้างและเปิดตัวหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วง

อีเอสเอได้ยกปีเปิดตัวในปี 2034 สำหรับหอสังเกตการณ์คลื่นความโน้มถ่วงขนาดใหญ่ เลเซอร์จะวัดความผันผวนของวัตถุที่คั่นด้วยระยะทางหลายล้านไมล์ในยานอวกาศสามลำซึ่งอยู่ในรูปสามเหลี่ยม