Skoraj 100 let so znanstveniki iskali neposredne dokaze o obstoju gravitacijskih valov, ki so v tkivu vesolja predvideli Alp Einsteins teorijo splošne relativnosti. Danes je lov na gravitacijske valove postal svetovni napor, v katerem je sodelovalo več sto znanstvenikov. V Evropi, ZDA in na Japonskem je bilo razvitih več velikih zemeljskih objektov, vendar bo najhitrejša preiskava vseh potekala v vesolju.
Profesor Mike Cruise bo v torek, 5. aprila, na nacionalnem srečanju astronomije RAS v Birminghamu, opisal skupen projekt ESA-NASA, imenovan LISA (Laser Interferometric Space Antenna). Za lansiranje leta 2012 bo LISA sestavljala tri vesoljska plovila, ki letijo v formaciji okoli Sonca, zaradi česar je največji znanstveni instrument, kdajkoli postavljen v orbito.
Pričakuje se, da bo LISA zagotovila najboljše možnosti za uspeh pri iskanju vznemirljivih, nizkofrekvenčnih gravitacijskih valov, je dejal profesor Cruise. Vendar pa je poslanstvo eden najbolj zapletenih, tehnoloških izzivov, ki jih je kdaj koli izvedel. Po Einsteinovi teoriji gravitacijski valovi povzročajo gibanje velikih mas (npr. Nevtronske zvezde ali črne luknje) v vesolju. Gravitacijski vpliv med oddaljenimi predmeti se spreminja, ko se mase premikajo, na enak način kot gibljivi električni naboji ustvarjajo elektromagnetne valove, ki jih radijski sprejemniki in televizorji lahko zaznajo.
V primeru zelo lahkega atomskega delca, kot je elektron, je gibanje lahko zelo hitro, zato generiramo valove pri širokem območju frekvenc, vključno z učinki, ki jih imenujemo svetloba in rentgenski žarki. Ker so predmeti, ki ustvarjajo gravitacijske valove, veliko večji in bolj masivni od elektronov, znanstveniki pričakujejo, da bodo zaznali veliko valove nižje frekvence z obdobji, ki segajo od delcev sekunde do več ur.
Valovi so resnično zelo šibki. Razkrivajo se kot izmenično raztezanje in krčenje razdalje med preskusnimi masami, ki so obešene na način, ki jim omogoča gibanje. Če sta bili dve taki preskusni masi na razdalji enega metra, bi gravitacijski valovi moči, ki jo trenutno iščejo, spremenili njihovo ločitev le za 10e-22 od metra ali za desettisočakov od milijona milijona milijona.
Ta sprememba ločitve je tako majhna, da preprečitev motenj testnih mas zaradi gravitacijskega učinka lokalnih predmetov in potresnega hrupa ali tresenja same Zemlje resnična težava, ki omejuje občutljivost detektorjev. Ker vsaka dolžina metra v razdalji med preskusnimi masami povzroči ločeno drobne spremembe, ki jih išče, povečanje dolžine ločitve med masami povzroči večjo skupno spremembo, ki jo je mogoče zaznati. Posledično so detektorji gravitacijskega vala čim večji.
Trenutni zemeljski detektorji prekrivajo nekaj kilometrov razdalje in bi morali biti sposobni meriti milisekunde obdobja hitro vrtečih se predmetov, kot so nevtronske zvezde, ki so ostale od zvezdnih eksplozij, ali trkov med predmeti v naši lokalni galaktični soseščini. Vendar obstaja veliko zanimanje za gradnjo detektorjev za iskanje trkov med masivnimi črnimi luknjami, ki se zgodijo med združevanjem popolnih galaksij. Ti nasilni dogodki bi ustvarili signale z zelo nizkimi frekvencami - prenizkimi, da bi jih lahko opazili nad naključnim potresnim šumom Zemlje.
Odgovor je, da se odpravite v vesolje, stran od takšnih motenj. V primeru LISA bodo tri vesoljske ladje letele v formaciji, razdaljenih 5 milijonov kilometrov. Laserski žarki, ki potujejo med njimi, bodo merili spremembe ločevanja, ki jih povzročajo gravitacijski valovi, z natančnostjo približno 10 pikometrov (sto tisoč tisoč milijona metra). Ker bodo testne mase na vsakem vesoljskem plovilu morale biti zaščitene pred različnimi motnjami, ki jih povzročajo nabito delci v vesolju, jih je treba namestiti v vakuumsko komoro v vesoljskem plovilu. Zahtevana natančnost je 1000-krat bolj zahtevna, kot je bila doslej dosežena v vesolju, zato ESA pripravlja testni polet laserskega merilnega sistema v misiji LISA Pathfinder, ki naj bi bila predstavljena leta 2008.
Znanstveniki z univerze v Birminghamu, univerze v Glasgowu in Imperial College London trenutno pripravljajo instrumentacijo za LISA Pathfinder v sodelovanju z ESA in kolegi v Nemčiji, Italiji, na Nizozemskem, v Franciji, Španiji in Švici. Ko LISA deluje v orbiti, pričakujemo, da bo vesolje opazoval skozi novo okno, ki ga ponujajo gravitacijski valovi, je dejal Cruise. Poleg nevtronskih zvezd in masivnih črnih lukenj bomo morda odkrili odmeve Velikega poka iz gravitacijskih valov, ki so v trenutku, ko je začelo naše vesolje v trenutni evoluciji, oddali drobne delce.
Izvirni vir: RAS News Release
