Почти 100 години учените търсят директни доказателства за съществуването на гравитационни вълни, слаби пулсации в тъканта на космическото време, предвидени в теорията на Общата относителност на Алберт Айнщайнс. Днес ловът на гравитачните вълни се превърна в световно усилие, в което участват стотици учени. Редица големи наземни съоръжения са разработени в Европа, Съединените щати и Япония, но най-сложното търсене на всички скоро ще се проведе в космоса.
Изказвайки се във вторник, 5 април, на Националната среща по астрономия на RAS в Бирмингам, професор Майк Круз ще опише съвместен проект ESA-NASA, наречен LISA (Лазерна интерферометрична космическа антена). Планиран за изстрелване през 2012 г., LISA ще включва три космически кораба, които летят във формация около Слънцето, което го прави най-големият научен инструмент, поставян някога в орбита.
Очаква се LISA да осигури най-добрия шанс за успех в търсенето на вълнуващите нискочестотни гравитационни вълни, заяви професор Круз. Мисията обаче е едно от най-сложните, технологични предизвикателства, предприемани някога. Според теорията на Айнщайн гравитационните вълни се причиняват от движението на големи маси (например неутронни звезди или черни дупки) във Вселената. Гравитационното влияние между отдалечените обекти се променя с движението на масите по същия начин, че движещите се електрически заряди създават електромагнитните вълни, които радиоустройствата и телевизорите могат да открият.
В случай на много лека атомна частица, каквато е електронът, движението може да бъде много бързо, така че генерира вълни с широк диапазон от честоти, включително ефектите, които наричаме светлина и рентгенови лъчи. Тъй като обектите, които генерират гравитационни вълни, са много по-големи и по-масивни от електроните, учените очакват да открият вълни с много по-ниска честота с периоди, вариращи от части от секунда до няколко часа.
Вълните наистина са много слаби. Те се разкриват като редуващо се разтягане и свиване на разстоянието между тестовите маси, които са окачени по начин, който им позволява да се движат. Ако две такива тестови маси бяха на разстояние един метър, тогава гравитационните вълни на силата, която се търси в момента, биха променили разделянето им само с 10e-22 от метър, или една десет хилядна от милионната част от милионната част от милионната част от метър.
Тази промяна в разделянето е толкова малка, че предотвратяването на тестовите маси да бъдат нарушени от гравитационния ефект на местните обекти и сеизмичният шум или трепет на самата Земя, е истински проблем, който ограничава чувствителността на детекторите. Тъй като всяка дължина на метър в разстоянието между изпитваните маси поражда отделно малките промени, които се търсят, увеличаването на дължината на разделянето между масите води до по-голяма обща промяна, която може да бъде открита. В резултат на това гравитационните детектори за вълна са направени възможно най-големи.
Настоящите наземни детектори покриват разстояния от няколко километра и трябва да могат да измерват милисекундата на бързо въртящи се обекти, като неутронни звезди, останали от звездни експлозии, или сблъсъци между обекти в нашия местен галактически квартал. Съществува обаче силен интерес към изграждането на детектори за търсене на сблъсъци между масивни черни дупки, които се случват по време на сливания на пълни галактики. Тези насилствени събития биха генерирали сигнали с много ниски честоти - твърде ниски, за да бъдат наблюдавани над случайния сеизмичен шум на Земята.
Отговорът е да отидете в космоса, далеч от подобни смущения. В случая на LISA трите космически кораба ще летят във формация, разстояние 5 милиона километра. Лазерните лъчи, пътуващи между тях, ще измерват промените в раздялата, причинени от гравитационните вълни с точност от около 10 пикометра (сто хиляди от милионната част от метър). Тъй като тестовите маси на всеки космически кораб ще трябва да бъдат защитени от различни смущения, причинени от заредени частици в космоса, те трябва да бъдат поместени във вакуумна камера в космическия кораб. Изискваната точност е 1000 пъти по-взискателна, отколкото някога е била постигната в космоса преди и затова ESA подготвя тестов полет на лазерната измервателна система в мисия, наречена LISA Pathfinder, която трябва да бъде пусната през 2008 г.
Учени от Бирмингамския университет, Университета в Глазгоу и Имперския колеж Лондон в момента подготвят инструментариума за LISA Pathfinder в сътрудничество с ESA и колеги в Германия, Италия, Холандия, Франция, Испания и Швейцария. Когато LISA работи в орбита, очакваме да наблюдаваме Вселената през новия прозорец, предлаган от гравитационните вълни, каза Круз. В допълнение към неутронните звезди и масивните черни дупки може да успеем да открием ехото на Големия взрив от гравитационните вълни, излъчващи малки части от секундата след събитието, което стартира нашата Вселена по текущата си еволюция.
Оригинален източник: RAS News Release
