En højpræcisions testbænk til LISA-teknologi

For første gang, det har været muligt at teste lasermålingsteknologi til LISA i laboratorier næsten under missionsbetingelser. Et team af forskere ledet af Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI) og Institute for Gravitational Physics ved Leibniz Universität i Hannover, Tyskland, opnåede gennembruddet med et nyt eksperiment. Arbejdet hænger sammen med LISA Pathfinder -missionen, som testede LISA-teknologier i rummet fra 2015 til 2017. LISA er et planlagt observatorium i rummet, der skal opdage gravitationsbølger, der er utilgængelige på Jorden. Et konsortium af internationale videnskabsfolk udvikler i øjeblikket LISA som en mission for European Space Agency (ESA). Med deres eksperiment, AEI-forskerne demonstrerer funktionaliteten af ​​LISA-fasemåleren, som bliver observatoriets centrale måleenhed. Deres eksperiment kan også nemt udvides til yderligere test og kan således verificere andre trin i LISA-målingsobservatoriet.

"Alle komponenter i det planlagte LISA rumobservatorium skal opfylde strenge præcisionskrav for at måle gravitationsbølger, "siger Dr. Thomas Schwarze, hovedforfatter af artiklen, der i dag blev offentliggjort i det anerkendte tidsskrift Fysisk gennemgangsbreve . "At skabe forhold i et laboratorium, hvorunder den enorme præcision for LISA kan verificeres, kræver stor omhu. For første gang, vi kan teste en vigtig del af LISA-teknologien under næsten realistiske missionsforhold i vores laboratorier og vise, at den virker efter hensigten."

LISA-et gravitationsbølgeobservatorium i rummet

LISA er planlagt til at lancere i rummet i 2034 som en mission fra Den Europæiske Rumorganisation (ESA). Missionen vil bestå af tre satellitter, der vil skabe en ligesidet lasertrekant med hver side cirka 2,5 millioner kilometer lang. Afstandene for denne formationsflyvning i rummet ændres med en billionion af en meter af gravitationsbølger.

For at opdage disse små ændringer, instrumenter (fasemetre) i LISA -satellitterne overvåger og måler det laserlys, der udveksles mellem dem. Denne måling skal udføres med højeste præcision - som en ekstremt nøjagtig mikrofon med lav støj og lav forvrængning - over et stort område på 8 til 10 størrelsesordener.

Test af LISA-målinger i et laboratorium

I deres artikel, forskerne beskriver et nyt eksperimentelt setup, som, for første gang, muliggør laserbaserede LISA-målinger i et laboratorium under næsten realistiske missionsbetingelser og bruger den til at verificere fasemålerens nøjagtighed.

Opsætningen består af en optisk bænk, der, på grund af dets særlige konstruktion, er meget præcis og stabil og eliminerer dermed alle uønskede støjkilder ti gange bedre end tidligere forsøg. Den krævede LISA-nøjagtighed på en trilliontedel af en meters rækkevidde kan således opnås.

På den optiske bænk, tre laserstråler produceret på en kontrolleret måde overlejres parvis for at opnå seks nye laserstråler med præcist definerede egenskaber. Ved dygtigt at overlejre tre af disse blandede bjælker og måle deres egenskaber med fasemåleren, dens funktion kan kontrolleres præcist.

Vellykket test under næsten realistiske missionsbetingelser

Fasemåler testet med opsætningen opfylder missionskravene næsten i hele LISAs hele måleområde. Denne vellykkede test er den første under næsten realistiske forhold. Det viser, at med den nye opsætning og med små ændringer, yderligere centrale komponenter i LISA-missionen kan testes under endnu mere realistiske forhold.

"Det er afgørende at forstå alle detaljerne i LISA-missionen præcist og at teste dem på forhånd i laboratoriet, "forklarer prof. Gerhard Heinzel, leder af forskningsgruppen for ruminterferometri ved AEI Hannover. "Kun på denne måde kan vi være sikre på, at den komplekse mission vil fungere som planlagt. Når satellitterne er i kredsløb om Solen, vi kan ikke længere ændre hardwaren. "

Fremtidig gravitationsbølge-astronomi med LISA

LISA vil måle lavfrekvente gravitationsbølger med svingningsperioder fra 10 sekunder til mere end en halv dag, som ikke kan observeres med detektorer på Jorden. Sådanne gravitationsbølger udsendes, for eksempel, ved supermassive sorte huller, millioner gange tungere end vores sol, som smelter sammen i galaksernes centre, orbitale bevægelser af titusinder af binære stjerner i vores galakse, og muligvis fra eksotiske kilder som kosmiske strenge og ekkoet fra Big Bang.

Mellem december 2015 og juli 2017, LISA Pathfinder -missionen demonstrerede andre LISA -komponenter i rummet og viste, at de oversteg kravene i hele LISA -målebåndet.

ESA udfører i øjeblikket fase A-systemstudiet med det internationale LISA-konsortium. Et foreløbigt design af rumkomponenterne skal udvikles som forberedelse til missionen.