Майже 100 років вчені шукали прямих доказів існування слабких пульсацій гравітаційних хвиль у тканині космічного часу, передбачених теорією Альберта Ейнштейна загальної відносності. Сьогодні полювання на гравітаційні хвилі перетворилося на всесвітнє зусилля за участю сотень вчених. У Європі, США та Японії було розроблено ряд великих наземних споруд, але найскладніший пошук усіх незабаром відбудеться в космосі.
Виступаючи у вівторок, 5 квітня, на Національній нараді з астрономії RAS в Бірмінгемі, професор Майк Круз розповість про спільний проект ESA-NASA під назвою LISA (Лазерна міжферометрична космічна антена). Запланований до запуску в 2012 році, LISA буде складатися з трьох космічних апаратів, що літають у формації навколо Сонця, що робить його найбільшим науковим інструментом, який коли-небудь розміщувався на орбіті.
Очікується, що LISA забезпечить найкращі шанси на успіх у пошуку хвилюючих хвиль гравітації низької частоти, заявив професор Круз. Однак місія - це одне з найскладніших, технологічних викликів, що коли-небудь було здійснено. Відповідно до теорії Ейнштейна, гравітаційні хвилі викликаються рухом великих мас (наприклад, нейтронних зірок або чорних дір) у Всесвіті. Гравітаційний вплив між віддаленими об'єктами змінюється в міру переміщення маси так само, як рухливі електричні заряди створюють електромагнітні хвилі, які радіотехнічні пристрої та телевізори можуть виявляти.
У випадку дуже легкої атомної частинки, такої як електрон, рух може бути дуже швидким, тому генеруючи хвилі з широким діапазоном частот, включаючи ефекти, які ми називаємо світловими та рентгенівськими променями. Оскільки об'єкти, що генерують гравітаційні хвилі, значно більші та масивніші, ніж електрони, вчені розраховують виявити хвилі значно нижчої частоти з періодами, що варіюються від частки секунди до декількох годин.
Хвилі дійсно дуже слабкі. Вони виявляють себе як чергування розтягування та скорочення відстані між тестовими масами, які підвішені таким чином, що дозволяє їм рухатися. Якби дві такі випробувальні маси були на відстані одного метра один від одного, то хвилі тяжіння сили, яку зараз шукають, змінили б їх поділ лише на 10e-22 метра, або на одну десяту тисячу мільйонної частини мільйонної частини мільйонної частини метра.
Ця зміна розділення настільки мала, що запобігання порушенню тестових мас гравітаційним впливом місцевих предметів, а сейсмічний шум або тремтіння самої Землі є справжньою проблемою, що обмежує чутливість детекторів. Оскільки кожен метр довжини на відстані між тестовими масами породжує окремо крихітні зміни, які шукаються, збільшення довжини поділу між масами призводить до більшої загальної зміни, яку можна було б виявити. Як наслідок, детектори сили тяжіння хвилі робляться максимально великими.
Нинішні наземні детектори охоплюють відстані в кілька кілометрів і повинні мати можливість вимірювати мілісекундні періоди швидко обертових об'єктів, таких як нейтронні зірки, що залишилися від зоряних вибухів, або зіткнення між об'єктами в нашому локальному галактичному мікрорайоні. Однак існує сильний інтерес до створення сповіщувачів для пошуку зіткнень між масивними чорними дірами, які мають місце під час злиття повних галактик. Ці насильницькі події генерують сигнали з дуже низькими частотами - занадто низькими, щоб спостерігатись над випадковим сейсмічним шумом Землі.
Відповідь - зайти в космос, подалі від подібних збурень. У випадку LISA три космічні апарати пролетять у формації, відстань 5 мільйонів кілометрів. Лазерні промені, що подорожують між ними, вимірюють зміни розділеності, спричинені гравітаційними хвилями з точністю близько 10 пікометрів (сто тисячної частки мільйонного метра). Оскільки випробувальні маси на кожному космічному кораблі повинні бути захищені від різних порушень, які викликаються зарядженими частинками у просторі, вони повинні бути розміщені у вакуумній камері космічного апарату. Потрібна точність в 1000 разів вимогливіша, ніж коли-небудь досягнуто в космосі раніше, і тому ESA готує тестовий політ лазерної вимірювальної системи в місії під назвою LISA Pathfinder, яка повинна бути запущена в 2008 році.
Вчені з Бірмінгемського університету, Університету Глазго та Імперського коледжу Лондону готують інструментарій для LISA Pathfinder у співпраці з ESA та колегами з Німеччини, Італії, Голландії, Франції, Іспанії та Швейцарії. Коли LISA працює на орбіті, ми очікуємо спостерігати Всесвіт через нове вікно, яке пропонують гравітаційні хвилі, сказав Круз. Окрім нейтронних зірок та масивних чорних дір, ми можемо виявити відлуння Великого вибуху із гравітаційних хвиль, що випускали крихітні частки секунди після події, яка розпочала наш Всесвіт під час його поточної еволюції.
Оригінальне джерело: RAS News Release
