Endelige resultater fra LISA Pathfinder satellit

De endelige resultater fra ESA-satellitten LISA Pathfinder (LPF) er blevet offentliggjort i dag. Ved at bruge data taget inden afslutningen af ​​missionen i juli 2017, LPF-teamet – inklusive forskere fra Max Planck Institute for Gravitational Physics i Hannover og Leibniz Universität Hannover – forbedrede de første resultater, der blev offentliggjort i midten af ​​2016, markant. LPF har nu overgået kravene til nøgleteknologier til LISA, det fremtidige gravitationsbølgeobservatorium i rummet, med mere end en faktor to over hele observationsbåndet. LISA er planlagt til at sende ud i rummet i 2034 som en ESA-mission og vil "lytte" til lavfrekvente gravitationsbølger fra sammensmeltning af supermassive sorte huller i hele universet og titusindvis af binære stjerner i vores galakse.

Et syn at se

"LISA Pathfinder demonstrerede smukt nøgleteknologierne til LISA, det fremtidige gravitationsbølgeobservatorium i rummet:det perfekte uforstyrrede frie fald af to kubiske testmasser inde i rumfartøjet, " siger prof. Karsten Danzmann, direktør ved Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute, AEI) og direktør for Institut for Gravitationsfysik ved Leibniz Universität Hannover, som også er co-Principal Investigator af LISA Technology Package. "Vi blev blæst bagover af resultaterne i de første uger af missionen, men vores endelige resultater ved hjælp af flere og bedre data og en dybere forståelse af vores rumlaboratorium LPF er virkelig et syn at se."

Mens de første LPF-resultater allerede oversteg LISA-kravene ved høje frekvenser (over 0,01 Hz), den nye publikation viser, at kravene er slået med mere end en faktor to helt ned til 0,00002 Hz – hele LISA-frekvensbåndet.

To guld-platin terninger på det roligste sted i rummet

En kombination af flere effekter gjorde det muligt for LPF-forskerne at forbedre de første resultater yderligere, reducere de resterende støjkilder, og skab et endnu mere stille miljø for de to kubiske guld-platin testmasser:

• Efter flere måneder med udluftning af testmassevakuumkamrene til rummet, deres restgastryk – som tidligere begrænsede målingerne – faldt med en faktor 10.
• Tilgængeligheden af ​​flere data forbedrede forståelsen af ​​den lille inertikraft, der virker på kuberne forårsaget af rumfartøjets kredsløb, og hvordan det var orienteret i rummet. Forbedret kontrol i LISA vil fjerne denne effekt yderligere.
• En mere nøjagtig beregning af de elektrostatiske kræfter fra de indbyggede elektriske systemer og magnetiske felter har også nu elimineret en systematisk kilde til lavfrekvent støj.
• Statistisk analyse har gjort det muligt for forskere at fjerne virkningerne af yderligere sporadiske hændelser ("glitches") for at måle støjen ved endnu lavere frekvenser end forventet.

Denne demonstration af næsten perfekt frit fald af to testmasser over et bredt frekvensbånd er et kritisk pejlemærke for LISA-missionen og fremtidens multi-messenger astronomi i samarbejde med andre (elektromagnetiske bølge) observatorier.

Det første laserinterferometer nogensinde i rummet

Ud over, laser interferometer, den første nogensinde i rummet, præsterede mere end 100 gange bedre end kravene, og 30 gange bedre end nogensinde i jordbaserede laboratorier. Det muliggjorde en detaljeret undersøgelse af subtile bittesmå støjkilder og artefakter, dermed yderligere akkumulering af erfaring og opbygning af tillid til laserinterferometrien til LISA. Konstruktionen af ​​det præcise optiske målesystem blev ledet af forskere fra Max Planck og Leibniz Universitäts forskere i Hannover.

Fremtiden for gravitationsbølgeastronomi med LISA

LISA er planlagt til opsendelse i rummet i 2034 som en mission fra European Space Agency (ESA). Den er støttet af mange ESA-medlemslande samt NASA og mange forskere, der arbejder sammen på tværs af Atlanten.

LISA vil bestå af tre satellitter, der spænder over en ligesidet trekant med hver side 2,5 millioner kilometer lang. Gravitationsbølger, der passerer gennem formationsflyvningen i rummet, ændrer disse afstande med en billiontedel af en meter.

LISA vil måle lavfrekvente gravitationsbølger med oscillationsperioder fra 10 sekunder til mere end en halv dag, som ikke kan observeres med detektorer på jorden. Disse udsendes af begivenheder som supermassive sorte huller med millioner af gange vores sols masse, der smelter sammen i galaksernes centre, orbitale bevægelser af titusindvis af dobbeltstjerner i vores galakse, og muligvis eksotiske kilder såsom kosmiske strenge.