Vedci už takmer 100 rokov hľadajú priamy dôkaz o existencii slabých vln vln gravitačných vĺn v štruktúre časopriestoru predpovedaných v teórii Alberta Einsteinsa o všeobecnej relativite. Dnes sa lov gravitačných vĺn stal celosvetovým úsilím, do ktorého boli zapojené stovky vedcov. V Európe, Spojených štátoch a Japonsku bolo vyvinutých niekoľko veľkých pozemných zariadení, ale čoskoro sa vo vesmíre uskutoční najsofistikovanejšie vyhľadávanie všetkých.
Profesor Mike Cruise v utorok 5. apríla na stretnutí Národnej astronómie RAS v Birminghame opíše spoločný projekt ESA-NASA s názvom LISA (Laser Interferometric Space Antenna). LISA, ktorá je naplánovaná na spustenie v roku 2012, bude pozostávať z troch kozmických lodí lietajúcich vo formácii okolo Slnka, čím sa stane najväčším vedeckým nástrojom, aký bol kedy umiestnený na obežnej dráhe.
Očakáva sa, že LISA poskytne najlepšiu šancu na úspech pri hľadaní vzrušujúcich nízkofrekvenčných gravitačných vĺn, uviedol profesor Cruise. Misia je však jednou z najkomplexnejších technologických výziev, aké sa kedy podnikli. Podľa Einsteinovej teórie sú gravitačné vlny spôsobené pohybom veľkých hmôt (napr. Neutrónových hviezd alebo čiernych dier) vo vesmíre. Gravitačný vplyv medzi vzdialenými objektmi sa mení, keď sa masy pohybujú, rovnako ako pohybujúce sa elektrické náboje vytvárajú elektromagnetické vlny, ktoré môžu rádiové televízory a televízory detekovať.
V prípade veľmi ľahkej atómovej častice, ako je elektrón, môže byť pohyb veľmi rýchly, takže sa generujú vlny so širokým rozsahom frekvencií vrátane účinkov, ktoré nazývame svetlo a röntgenové lúče. Pretože objekty, ktoré generujú gravitačné vlny, sú omnoho väčšie a masívnejšie ako elektróny, vedci očakávajú, že zistia vlny s nižšou frekvenciou s periódami od zlomkov sekundy po niekoľko hodín.
Vlny sú skutočne veľmi slabé. Odhaľujú sa ako striedavé rozťahovanie a zmenšovanie vzdialenosti medzi skúšobnými hmotami, ktoré sú zavesené takým spôsobom, ktorý im umožňuje pohyb. Keby boli dve takéto testovacie hmoty od seba vzdialené jeden meter, potom by gravitačné vlny v súčasnosti požadovanej sily zmenili ich oddeľovanie iba o 10 e-22 metrov alebo o jednu tisícinu milióntiny milióntiny milióntiny metra.
Táto zmena v separácii je taká malá, že zabránenie rušeniu testovacích hmôt gravitačným účinkom miestnych objektov a seizmickému hluku alebo chveniu samotnej Zeme je skutočným problémom, ktorý obmedzuje citlivosť detektorov. Pretože každá dĺžka metra vo vzdialenosti medzi skúšobnými hmotami vedie osobitne k drobným skúmaným zmenám, ktoré sa hľadajú, zvýšenie dĺžky oddelenia medzi hmotami vedie k väčšej celkovej zmene, ktorá sa dá zistiť. V dôsledku toho sú detektory gravitačných vĺn vyrábané čo najväčšie.
Súčasné pozemné detektory pokrývajú vzdialenosti niekoľkých kilometrov a mali by byť schopné zmerať milisekundové periódy rýchlo sa otáčajúcich objektov, ako sú neutrónové hviezdy, ktoré zostali po hviezdnych explóziách alebo zrážky medzi objektmi v našom lokálnom galaktickom susedstve. Existuje však silný záujem o budovanie detektorov na hľadanie kolízií medzi masívnymi čiernymi dierami, ktoré sa vyskytujú počas fúzií úplných galaxií. Tieto násilné udalosti by generovali signály s veľmi nízkymi frekvenciami - príliš nízke, aby sa dali pozorovať nad náhodným seizmickým šumom Zeme.
Odpoveď je ísť do vesmíru, preč od týchto porúch. V prípade LISA budú tieto tri kozmické lode lietať vo formácii s odstupom 5 miliónov kilometrov. Laserové lúče, ktoré sa pohybujú medzi nimi, zmerajú zmeny v separácii spôsobené gravitačnými vlnami s presnosťou asi 10 pikometrov (stotisícina milióntina milióna metrov). Pretože skúšobné hmotnosti na každej kozmickej lodi budú musieť byť chránené pred rôznymi poruchami spôsobenými nabitými časticami v priestore, musia byť umiestnené vo vákuovej komore v kozmickej lodi. Požadovaná presnosť je 1 000-krát náročnejšia ako kedykoľvek predtým vo vesmíre, a preto ESA pripravuje skúšobný let laserového meracieho systému v misii s názvom LISA Pathfinder, ktorá sa má začať v roku 2008.
Vedci z University of Birmingham, University of Glasgow a Imperial College London v súčasnosti pripravujú prístrojové vybavenie pre LISA Pathfinder v spolupráci s ESA a kolegami v Nemecku, Taliansku, Holandsku, Francúzsku, Španielsku a Švajčiarsku. Keď LISA pôsobí na obežnej dráhe, očakávame, že budeme pozorovať vesmír prostredníctvom nového okna ponúkaného gravitačnými vlnami, povedal Cruise. Okrem neutrónových hviezd a masívnych čiernych dier môžeme byť schopní zistiť ozveny Veľkého tresku z gravitačných vĺn emitujúcich malé zlomky sekundy po udalosti, ktorá začala náš vesmír na jeho súčasnom vývoji.
Pôvodný zdroj: RAS News Release
