A LISA Pathfinder jobban teljesít – 20 év múlva jöhet az űrbéli gravitációshullám-detektálás

974

Két hónapnyi mérés eredményeit felhasználva a kutatók megállapították, hogy a LISA Pathfinder ötször pontosabb, mint eredetileg várták.

Az Albert Einstein által megjósolt gravitációs hullámok, melyek a téridő hullámzásai, egymáshoz közel keringő, nagy tömegű égitestek keringéséből keletkeznek. Ezek a hullámok nagyon kicsik lesznek, mire a Földhöz érnek, nagyon pontos műszerek kellenek a kimutatásukhoz.

Legelőször 2015 szeptemberében mutattak ki közvetlenül gravitációs hullámokat a Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) műszerrel. A megfigyelt hullámok két, nagyjából 30 naptömegű fekete lyuk egymás körüli keringéséből alakultak ki, mielőtt összeolvadtak egy még nagyobb tömegű fekete lyukká. A megfigyelt hullámok frekvenciája 100 Hz körüli volt, de létezhetnek ennél alacsonyabb frekvenciájú hullámok is, például két szupermasszív (millió-milliárd naptömegű) fekete lyuk ütközéséből (néhány Hz).

Az egyedüli módja annak, hogy megfigyeljünk ilyen kicsi frekvenciájú hullámokat az, hogy két, egymástól néhány millió kilométerre lévő objektum közötti távolságot mérjük. Ezt csak az űrben lehet megtenni, ahol a műszer nem lenne kitéve zavaró szeizmikus hatásoknak. Ezért hozta létre az Európai Űrügynökség (European Space Agency, ESA) a LISA Pathfinder küldetést, ami egy ilyen obszervatórium megvalósításához szükséges technológiát teszteli.

A kulcsa az egész programnak az, hogy két, egymástól 38 cm-re elhelyezett, 2 kg tömegű arany-platina tömb (próbatest) egymáshoz viszonyított helyzetét figyelje. Ez azonban nem egyszerű, ugyanis az űrben is felléphetnek olyan zavaró hatások, mint például a fénynyomás és napszél. A próbatesteket tartalmazó szonda feladata az, hogy a megvédje azokat a külső hatásoktól, miközben saját pozícióját úgy változtatja, hogy ne érjen hozzá a próbatestekhez.

A LISA Pathfinder 2015. december 3-án indult útnak, majd 2016. januárjában érte el a Földtől 1,5 millió km-re lévő pályáját az L1 pont körül. Idén márciusban meg is kezdődtek a mérések. “Már az első nap elértük azt a mérési pontosságot, melyet a LISA Pathfindernek terveztünk. A következő hetekben tovább pontosítottuk a méréseket, és sikerült ötször pontosabb méréseket végezni, mint eredetileg terveztük.” – mondja Paul McNamara, a LISA Pathfinder Project Scientist-je.

A LISA Pathfinder teljesítménye (Illsuztráció: ESA)
A LISA Pathfinder teljesítménye: elérhető mérési pontosság a frekvencia függvényében. (Illusztráció: ESA)

Az első két hónap adatai azt mutatják, hogy a 60 mHz és 1Hz közötti frekvenciatartományban a kockák helyének és orientációjának meghatározásakor a LISA Pathfinder pontosságát csupán az erre használt lézeres mérőműszer érzékenysége befolyásolja. Az alacsonyabb, 1-60 mHz frekvenciatartományban a mérés hibáját a próbatestek körüli vákuumban található gázmolekulák okozzák (tökéletes vákuumot nem lehet előállítani). Ezt a hatást azzal lehet csökkenteni, hogy a továbbiakban megpróbálják a gázmolekulákat eltávolítani a rendszerből. Az ennél is alacsonyabb frekvenciatartományban, 1 mHz alatt megfigyelhetővé válik egy kis centrifugális erő, ami a LISA Pathfinder pályájából és az űrszondát pozícionáló eszköz együttes hatásából ered. Ezek az erők ugyan egy kicsit perturbálják a próbatestek helyzetét, de ez remélhetőleg nem fog problémát okozni több űrszonda esetén, melyek több millió kilométerre lesznek egymástól a jövőben.

“A LISA Pathfinder mérési pontosságával az űrbe telepített detektorok segítségével olyan gravitációs hullámok is kimutathatóvá válnának, melyeket szupermasszív fekete lyukak ütközése hozott létre” – mondta Kartsen Danzmann, a Max Planck Institute for Gravitational Physics és az Insititute for Gravitational Physics of Leibniz Universität igazgatója, a LISA Technology Package egyik vezető kutatója.

Az eredményeket részletező szakcikk a Physical Review Letters folyóiratban jelent meg június 7-én.

Hozzászólás

hozzászólás