Var nu et skridt tættere på et gravitationelt bølgerumsobservatorium

Du husker det måske tilbage i februar et konsortium på mere end 1, 000 forskere fra forskellige lande meddelte, at de endelig havde opdaget det første håndgribelige bevis på eksistensen af ​​gravitationsbølger. Bølgerne, først forudsagt af Albert Einstein for cirka et århundrede siden, er dybest set krusninger i stoffets rumtid forårsaget af acceleration af virkelig massive genstande som sorte huller.

Spotting af gravitationsbølger fra udsigtspunktet på jordens overflade var en vanskelig bedrift for Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) lab, som tog omkring 15 års indsats og $ 620 millioner for at opnå sit resultat. Ved at gøre det involverede man at skyde laserstråler ned ad par af 2,5 kilometer lange (4 kilometer lange) tunneler og sprænge dem af spejle, og derefter lede efter subtile ændringer forårsaget, når en gravitationsbølge deformerer tunnellerne lidt.

Det var alt nødvendigt, fordi Jordens overflade er fyldt med støj, der gør det svært at få øje på bølgernes signaler - det ville være meget lettere at studere gravitationsbølger fra den relative stilhed i rummet. Derfor har European Space Agency (ESA) forestillet sig at implementere eLISA, en konstellation af fjerntliggende orbitalsatellitter, der ville kommunikere med hinanden via lasere, i midten af ​​2030'erne. Et sådant observatorium kunne scanne kosmos og ikke kun se gravitationsbølger, men mål dem med betydeligt mere præcision, end vi kan gøre her på jorden. Som et skridt mod det mål, i december 2015, ESA lancerede LISA Pathfinder, en mindre satellit designet til at teste og demonstrere den teknologi, de planlægger at bruge en dag i eLISA-projektet.

Tirsdag morgen, ESA-forskere meddelte, at en nøglekomponent i det fremtidige observatorium ombord på LISA Pathfinder-en terning på 2 kg (2 kilo) af højrenhedsguld-platinumlegering-har bestået en række vigtige tests. En artikel, der blev offentliggjort i dag i Physical Review Letters, viser desuden, at terningen kom nærmest enhver menneskeskabt genstand nogensinde til at opnå sandt frit fald-det vil sige bevæger sig gennem rummet fri for enhver anden kraft end tyngdekraften.

Det er afgørende, fordi eLISA en dag vil afhænge af sådanne gnidningsfrie terninger, placeret på en trio af satellitter i en trekantet konfiguration i rummet, alt omkring 620, 000 miles (998, 000 kilometer) bortset fra hinanden. Dens instrumenter vil registrere utroligt små ændringer i afstanden mellem terningerne forårsaget af gravitationsbølger. Men for at gøre det, satellitterne bliver nødt til at blokere andre effekter, der ville overdøve gravitationsbølgernes signal.

"Enhver støj i systemet - tryk skabt af solstråling, termisk, magnetiske og tyngdekraftseffekter - kan forstyrre gravitationsbølgen, "ESA -projektforsker Paul McNamara forklarede via et Skype -opkald i sidste uge.

For at filtrere disse effekter ud, LISA Pathfinder tester et beskyttende system af thrustere, designet til at justere rumfartøjet på en måde, der kompenserer for sådanne faktorer.

McNamara siger, at LISA Pathfinder indeholder en meget nedskaleret version af eLISA, hvor terninger har været placeret kun centimeter fra hinanden, frem for hundredtusinder af kilometer fra hinanden. Alligevel, testresultaterne gør ham sikker på, at teknologien i fuld skala ville fungere lige så godt.

"Det eneste, vi mangler, er de to watt lys fra laseren [mellem dem], "siger han." Det er noget, vi kan teste på jorden. Den del, vi opnåede, er noget, du kun kan teste i rummet. "

At bruge interferometri til at måle afstande i rummet med præcision er ikke et nyt koncept. McNamara noter. Han nævnte eksemplet på NASAs GRACE -mission, lanceret i 2002, bruger mikrobølger til at måle variationer i afstanden mellem et par satellitter, der er placeret cirka 137 miles fra hinanden i kredsløb.

Testterningerne i LISA Pathfinder har en forskel i relativ acceleration på mindre end 10 milliontedele af en milliarddel af Jordens gravitationsacceleration. Her er en lettere måde at forstå det på - det er det tilsvarende, rundt regnet, af vægten af ​​en enkelt virus.