En million miles fra Jorden viste en europæisk rumfartssatellets satellit med to flydende terninger af guld-platinlegering, at det er muligt at måle bevægelse i skalaen fra en atomkerne, hvilket kunne afsløre arten af nogle af de mest massive objekter i universet .
Relateret indhold
- Et rumbaseret fysiklaboratorium kunne hjælpe forskere med at undersøge, hvordan tyngdekraften varper i rumtiden
Rumfartøjet, der kaldes LISA Pathfinder, er testbedet til Evolution Laser Interferometer Space Antenna (eLISA). Resultaterne blev vist i dag i et papir i Physical Review Letters .
ELISA-missionen vil bestå af tre rumfartøjer, der kredser rundt om solen. Et af rumfartøjet vil skyde en laser mod de to andre, der beskriver en L-form 621.000 miles på en side. Laserne måler afstanden mellem testmasser, som sonderne transporterer, inden for et par billioner af en meter - mindre end atomer. Den nøjagtige måling vil give forskere mulighed for at observere tyngdekraftsbølger - forstyrrelser, der strækker rummet - som er en konsekvens af Einsteins generelle relativitetsteori. Den forbipasserende bølge vil ændre længden på den ene side af L i forhold til den anden og lade forskere se den faktiske krumning af rummet.
"Sig, hvis du havde en masse i New York og en i Torino [Italien], " fortæller Stefson Vitale, professor i fysik ved universitetet i Trento i Italien og den vigtigste efterforsker for LISA Pathfinder, Smithsonian.com. "De accelererer begge mod jordens centrum. Når en tyngdekurv går forbi, begynder de at falde i lidt forskellige retninger."
Men det er vanskeligt at spore sådanne små bevægelser, sagde Fabio Favata, leder af koordinationskontoret for ESAs Direktorat for Videnskab på en pressekonference, der meddeler resultaterne. Derfor blev LISA Pathfinder lanceret. ”Vi besluttede, at vi skulle lære at gå, før vi kan løbe, ” sagde han. "Dette er analogt med Gemini-projektet til Apollo ... Vi har ikke kun lært at gå, men at jogge temmelig godt."
Inde i LISA Pathfinder flyder to 1, 9 kilogram terninger af en guld-platin legering nøjagtigt 14, 8 inches fra hinanden. En laserstråle reflekteres fra hver terning, og de overlagrede lasere måler deres bevægelse i forhold til hinanden.
"Vi tog de millioner af kilometer LISA og vi krympet det ned i et rumfartøj, " sagde Paul McNamara, ESA-projektforsker for LISA Pathfinder. LISA Pathfinder er for lille til at måle gravitationsbølger, men den viste, at instrumenterne kunne måle meget små bevægelser, og at det er muligt at opbygge et miljø uden forstyrrelser fra det ydre miljø.
LISA Pathfinder viste, at den kunne optage bevægelse i femtometer-skalaen - en milliondel af en milliarddels meter. Det var større størrelsesordrer, end de havde håbet, sagde Martin Hewitson, LISA Pathfinder seniorforsker. ”Vi ønskede at se bevægelser på skalaer på skalaer, ” sagde han. Et picometer er 1.000 gange større end et femtometer. "Det er mere end 100 gange bedre end [observationer] på jorden."
Tyngdepunktbølger er blevet registreret før. Videnskabsfolk, der arbejder ved Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) meddelte i februar, at de havde fundet dem. Bølgerne blev sandsynligvis foretaget ved kollisionen af to sorte huller.
Men LIGO er på Jorden, hvilket betyder, at den ikke kan se de slags gravitationsbølger, der måtte være produceret af andre fænomener. Jordskælv på den anden side af planeten, passerende lastbiler og endda termisk udvidelse af udstyret kan drukne de signaler, LIGO søger. En anden faktor er størrelse. Enhver jordbaseret detektor kan kun være så stor; LIGO, der også beskriver en L-form, er 2, 5 miles på en side og spretter laseren frem og tilbage mellem spejle for at få en effektiv længde på 695 miles. Det er stort nok til effektivt at se gravitationsbølger med frekvenser målt fra ca. 100 Hz til 1.000 Hz, sagde Shane Larson, en forskningsassistent ved Northwestern University og en af forskerne, der arbejdede på LIGO. (Da LIGO-teamet annoncerede sin opdagelse var den laveste frekvens "hørt" omkring 35 Hz). Det betyder bølgelængder på omkring 300.000 til 8.5 millioner meter. (Gravitationsbølger bevæger sig med lysets hastighed). Det betyder, at ud over at kollidere sorte huller, kan LIGO lytte til neutronstjerner, når de roterer eller som par af dem spiral ind i hinanden.
eLISA vil dog være i stand til at se gravitationsbølger, der tager mange sekunder at gå forbi - ca. 0, 0001 til 1 Hz, hvilket svarer til gravitationsbølger så længe som 3 milliarder kilometer.
Larson sagde, at frekvensområdet tillader detektion af objekter og fænomener, som LIGO ikke kan matche. ”Vi kunne se neutronstjerner, der kredser om hinanden, men meget tidligere, før de kommer tæt på hinanden, ” sagde han. "Eller hvide dværgstjerner. Hvide dværge vil kontakte og fusionere, men de vil gøre det, før LIGO kan se dem." eLISA henter dem imidlertid.
Vitale tilføjede, at eLISA vil besvare nogle grundlæggende spørgsmål om sorte huller og galaktiske centre. ”Vi ved, at hver galakse har et sort hul fra hundreder af tusinder til milliarder af solmasser, ” sagde han. "[eLISA] kan se kollisionen af baghuller i den størrelse. Vi kan også se et lille sort hul falde ned i et stort sort hul; der sender et signal, der tillader en slags kortlægning af tyngdekraften omkring det sorte hul." Den nøjagtige form af disse felter er et vigtigt åbent spørgsmål i astrofysik. Det kan endda vise, om sorte huller faktisk har begivenhedshorisonter.
Larson sagde at se sammenstødene med større sorte huller også kunne kaste lys over, hvordan de sorte huller i galaktiske centre blev så store. "Vi ser enorme sorte huller meget tidligt i universet. Hvordan bliver de hurtigt så store? LISA kan se disse til kanten af det observerbare univers."
eLISA er planlagt til lancering i 2034 og bør begynde at tage data inden for et par måneder efter lanceringen.
