חללית רק נמדדה תנועה פחות מרוחב האטום

מיליון מיילים מכדור הארץ, לוויין של סוכנות החלל האירופית שנשא שתי קוביות צפות של סגסוגת זהב-פלטינה הראה כי ניתן למדוד תנועה בסדר גודל של גרעין אטומי, מה שיכול לחשוף את טיבם של כמה מהאובייקטים המסיביים ביותר ביקום. .

תוכן קשור

• מעבדה לפיזיקה מבוססת חלל יכולה לעזור למדענים ללמוד כיצד מרחיקת כוח המשיכה חלל

החללית נקראת LISA Pathfinder, והחללית היא מיטת המבחן של אנטנת החלל המתפתחת בלייזר התפתח (eLISA). התוצאות הופיעו היום במאמר במכתבי ביקורת פיזית .

משימת ה- eLISA תורכב משלוש חלליות המקיפות את השמש. אחת החלליות תירה לייזר לעבר שתי האחרות ותאר צורה L בגודל 621, 000 מיילים בצד. הלייזרים ימדדו את המרחק בין מסות הבדיקה שנשאו על ידי הבדיקות לטווח של כמה טריליון סנטימטרים של מטר - קטן יותר מהאטומים. המדידה המדויקת תאפשר למדענים להתבונן בגלי הכבידה - הפרעות המותחות את המרחב עצמו - אשר כתוצאה מתורת היחסות הכללית של איינשטיין. אותו גל חולף ישנה את אורך הצד האחד של ה- L ביחס לצד השני, ויאפשר למדענים לראות את העקמומיות של החלל.

"תגיד אם הייתה לך מסה אחת בניו יורק ואחת בטורינו [איטליה]", אומר סטפנו ויטלה, פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת טרנטו באיטליה והחוקר הראשי של LISA Pathfinder, אומר Smithsonian.com. "שניהם מאיצים לכיוון מרכז האדמה. כאשר עובר גל כבידה הם מתחילים ליפול לכיוונים שונים במקצת."

אבל מעקב אחר תנועות קטנטנות כאלה הוא קשה, אמר פאביו פבטה, ראש משרד התיאום של אגף המדע של ה- ESA במסיבת עיתונאים שהודיע ​​על התוצאות. זו הסיבה ש- LISA Pathfinder הושק. "החלטנו שעלינו ללמוד ללכת לפני שנוכל לרוץ", אמר. "זה מקביל לפרויקט מזל תאומים עבור אפולו ... לא למדנו רק ללכת, אלא לרוץ די טוב."

בתוך LISA Pathfinder, שתי קוביות של 1.9 קילוגרם מסגסוגת זהב-פלטינה צפות זו מזו בדיוק 14.8 אינץ '. קרן לייזר משתקפת מכל קוביה, והלייזרים המונחים זה על זה מודדים את תנועתם ביחס זה לזה.

פול לקנמארה, מדען פרויקט ESA מטעם LISA Pathfinder, אמר: "לקחנו את מיליוני הקילומטרים של LISA וצמצמנו אותה לחללית אחת. LISA Pathfinder קטן מכדי למדוד גלי כבידה, אך הוא הראה כי המכשירים יכולים למדוד תנועות קטנות מאוד ושאפשר לבנות סביבה ללא הפרעות מהסביבה החיצונית.

LISA Pathfinder הראה שהוא יכול להרים תנועה בקנה מידה femtometer - מיליון של מיליארדית המטר. זה היה סדרי גודל טובים יותר ממה שקיוו, אמר מרטין היוויטסון, מדען בכיר ב- LISA Pathfinder. "רצינו לראות תנועות בקנה מידה של פיקומטר, " אמר. הפיקומטר גדול פי אלף מ femtometer. "זה יותר ממאה פעמים יותר טוב מאשר [תצפיות] בשטח."

גלי הכבידה התגלו בעבר. מדענים העובדים במצפה הכוכבים של Interferometer Gravitational Wave (LIGO) הודיעו בפברואר כי הם מצאו אותם. הגלים נוצרו ככל הנראה כתוצאה מהתנגשות של שני חורים שחורים.

אבל LIGO נמצא על כדור הארץ, כלומר הוא לא יכול לראות את סוגי גלי הכבידה שעלולים להיווצר כתוצאה מתופעות אחרות. רעידות אדמה בצד השני של כדור הארץ, משאיות חולפות ואפילו הרחבה תרמית של הציוד יכולים להטביע את האותות ש- LIGO מבקשת. גורם נוסף הוא הגודל. כל גלאי מבוסס-קרקע יכול להיות גדול כל כך; LIGO, המתאר גם צורת L, נמצא 2.5 מיילים בצד, ומקפיץ את הלייזר הלוך ושוב בין המראות כדי לקבל אורך אפקטיבי של 695 מיילים. זה מספיק גדול בכדי לראות ביעילות גלי כבידה עם תדרים שנמדדים כ- 100 הרץ ל -1, 000 הרץ, אמר שיין לארסון, פרופסור חבר למחקר באוניברסיטת נורת'ווסטרן ואחד המדענים שעבדו על LIGO. (כאשר צוות LIGO הודיע ​​על גילויו התדירות הנמוכה ביותר "שנשמעה" הייתה בערך 35 הרץ). זה מתורגם לאורכי גל של בין 300, 000 ל 8.5 מיליון מטרים. (גלי הכבידה נעים במהירות האור). זה אומר שמלבד התנגשות בחורים שחורים, LIGO יכולה להאזין לכוכבי נויטרונים כשהם מסתובבים או כזוגות מהם מסתחררים זה בזה.

eLISA, עם זאת, תוכל לראות גלי כבידה שלוקחים שניות רבות לעבור - בערך 0.0001 עד 1 הרץ, המתורגם לגלי כבידה כל עוד 3 מיליארד ק"מ.

לרסון אמר כי טווח התדרים מאפשר איתור של עצמים ותופעות ש- LIGO אינו יכול להתאים. "יכולנו לראות כוכבי נויטרונים שמקיפים זה את זה, אך הרבה לפני כן, לפני שהם מתקרבים זה לזה, " אמר. "או כוכבים ננסים לבנים. גמדים לבנים יתקשרו ויתמזגו אך הם יעשו זאת לפני שליגו תוכל לראות אותם." eLISA, לעומת זאת, תאסוף אותם.

ויטלה הוסיף כי eLISA תענה על כמה שאלות מהותיות הנוגעות לחורים שחורים ומרכזים גלקטיים. "אנו יודעים שלכל גלקסיה יש חור שחור ממאות אלפים למיליארדי המוני שמש", אמר. "[eLISA] יכולים לראות התנגשות של חורים אחוריים בגודל זה. אנו יכולים לראות גם חור שחור קטן נופל לחור שחור גדול; זה שולח איתות המאפשר מעין מיפוי של שדה הכובד סביב חור שחור." הצורה המדויקת של אותם שדות היא שאלה פתוחה חשובה באסטרופיזיקה. זה עשוי אפילו להראות אם לחורים שחורים יש למעשה אופקי אירועים.

לארסון אמר כי ראיית התנגשויות של חורים שחורים גדולים יותר יכולה גם לשפוך אור על האופן בו החורים השחורים במרכזים הגלקטיים היו גדולים כל כך. "אנו רואים חורים שחורים עצומים מאוד מוקדם ביקום. איך הם גדולים ככה במהירות? LISA יכולה לראות את אלה עד קצה היקום הנצפה."

eLISA מתוכנן להשקה בשנת 2034, והיא אמורה להתחיל לקחת נתונים תוך מספר חודשים בלבד מההשקה.