Önümüzdeki on yıla başlayacak olan 1,6 milyar dolarlık yerçekimi dalgası gözlemevi olan Lisa, yerçekimi dalgalarını görme şeklimizde devrim yaratacak – bir yüzyıldan fazla bir süre önce öngörülen ve sadece sekiz yıl önce tespit edilen uzay -zamanın bozulmaları.
Sonbaharda, Lisa’nın tasarımına ve fütüristik zanaatın uzaya dönüştürülmesi için aşılması gereken mühendislik engellerine derin bir dalış yaptık. Şimdi, bilim adamlarına Lisa’nın toplayacağı gerçek verileri sorduk – verilerin neler verebileceği ve bu içgörülerin, yerçekimi dalgalanmalarının kaynaklarından bu yankılanmaların kozmosunu şekillendirmesine kadar evren hakkındaki anlayışımızı nasıl değiştirmek için durduğunu sorduk.
Lisa: basit ama kesin
Lisa, lazer interferometre uzay antenini temsil eder ve güneşin sabit üçgen formasyonunda yörüngesinde üç uzay aracını içerir. Lisa bir interferometre, yani görevin lazer interferometri kullanarak yerçekimi dalgalarını koklayacağı – Lisa’nın üçgeninin her kolu yaklaşık 1,6 milyon mil içerisiyle yaklaşık 5 milyon mil (8 milyon kilometre uzunluğunda 8 milyon kilometre uzunluğunda olan kitleler arasındaki mesafeleri ölçecek (2,5 milyon km) bu uzunlukta.
Lazerler çok önemlidir, ancak Lisa’nın tasarımının sadece bir kısmı – sadece üç Lisa uzay aracının her birinde olmak üzere üç metal küp arasındaki mesafeler için ölçüm çubuklarıdır. Küpler, üzerlerinde hareket edebilecek manyetizmayı en aza indirmek için bir altın platin alaşımından yapılmıştır. Yine, Lisa’nın amacı, uzay -zamandan başka bu küplere ve üzerine giden yerçekimi dalgalanmalarına dokunan hiçbir şey olmadan uzayda gezmektir.
Amerikan Doğa Tarihi Müzesi’nde astrofizikçi Saavik Ford, Gizmodo ile yaptığı çağrıda, “Tasarımın arkasındaki temel fikir, bu küpleri piyasaya sürmemizdir” dedi. “Sadece orada oturmalarını ve onlara hareket eden başka hiçbir güç olmadan uzay -zaman sevincini deneyimlemelerini istiyoruz ve bu son kısım zor kısım.”
“Zanaatın kitleler olarak manevra yapmanız gerekiyor [the gold-platinum cubes] Uzay aracının kendisinin kitlelere sürüklenmediğinden ve onları korkunç olacağından emin olmak için düşüyor ”diye ekledi Ford.
Lisa’nın karmaşıklığını kavrayan Ford’un o zamanki yüksek lisans öğrencisi Jake Postiglione’nin bir benzetmesi var: Teknik zorluk, New York’tan LA’ya bir lazer ateşlemeye benzer ve bir meyve sineğinin göz küresine çarpmaya çalışmak onunla. Hem lazer hem de meyve sineği bu işlem ilerledikçe hareket ediyor.
Mühendislik mücadelesinin ölçeği “açıkçası akıllara durgunluk veren” dedi Ford, “Ve bunun benim bölümüm olmadığı için çok mutluyum” dedi.
NASA, lazer sistemi, teleskop sistemleri ve test küplerinde elektrik yükü seviyelerini yönetecek cihazlar da dahil olmak üzere Lisa’nın enstrümantasyonunun çeşitli unsurlarını sağlıyor.
Yörüngedeki nesnelerin sıklığı, birbirlerinin etrafında tam bir yörüngeyi ne sıklıkta tamamladıkları ile belirlenir. Yerçekimi dalga dedektörlerimiz çeşitli nedenlerle belirli frekansları tespit etmede iyidir, ancak mevcut her dedektörün büyük bir sınırlaması vardır: Dünya’ya sıkışmışlar.
Eski kara delikler için uzay tabanlı bir kehanet
Yerçekimi dalga dedektörleri, tespit ettikleri yörünge frekanslarına göre farklılık gösterir. Yer tabanlı dedektörler-yani Ligo-Virgo-Kagra işbirliği-yıldızların büyüklüğünde kara delikler gibi daha küçük kütlelere karşılık gelen yüksek frekansları tespit etmekte harika. Ancak bu kitleler biraz daha büyük hale geldiğinde – örneğin, güneşimizin kütlesinin iki yüz katından fazla – yörünge frekansları kendi gezegenimiz tarafından üretilen gürültüye benzer bir aralıktır.
Ford, “Temelde dünyanın kendisinin o kadar gürültülü olduğu bir sıklık var ki, zeminin sizin sorununuz olduğu” dedi. “Kelimenin tam anlamıyla yapamazsın. Bir şekilde uzaya gitmelisin. ”
Uzayda, pulsar zamanlama dizileri, toprak hala denklemin bir parçası olmasına rağmen, en büyük kara delikler için yararlı bir ölçüm çubuğu oluşturur. Bu kurulumda, Dünya’daki gözlemevleri, hızla dönen nesnelerden (pulsarlar) güvenilir ışığın yanıp sönmesini izler; Bu ışığın dünyaya zamanlaması biraz Gecikmeli veya acele edilmiş, uzay -zamanın yerçekimi dalgaları tarafından gerildiğinin veya sıkıştırıldığının bir göstergesidir. 2023’te bir grup pulsar zamanlama dizisi işbirliği, pulsar verilerinde yerçekimi dalga arka planının güçlü kanıtlarını buldu.
https://www.youtube.com/watch?v=_ib6iiexaiy
Pulsar zamanlama dizileri tarafından görülen kara delikler tipik olarak güneş kütlesinin milyarlarca katıdır ve canavar galaksilerin merkezinde bulunur – hatta Samanyolu’nun merkezindeki kara delik, cüce sagittarius A*’ Dört milyon güneş kitlesi. Kara delikler yulaf lapası olsaydı, Lisa Goldilocks olurdu. Görev, toprak bazlı dedektörlerde gürültüden ayrılması neredeyse imkansız olan düşük frekanslı yerçekimi dalgalarını koklayacak. Dedi ki, uzay tabanlı gözlemevi tespit edebilir Masif kara delik birleşmeleri-süper kütleli olanlara düşen kara delikler-kompakt nesnelerin ve diğer astrofizik patlamaların ve arka planların samimi ikili dosyalarıyla birlikte.
Teorik bir fizikçi olan Emanuele Berti, “Pulsar zamanlama dizileri bize çok düşük frekanslarda büyük kara delik ikili dosyaları için stokastik arka plan hakkında bilgi verin ve Ligo temel olarak yıldız kütlesi kompakt nesne birleşmelerinin farklı ailelerinden oranlar üzerinde sınırlar belirledi” dedi. Johns Hopkins Üniversitesi’nde, Gizmodo ile bir video görüşmesinde. “Düşünme çeşitli şekillerde değişti, ancak Lisa ile yapabileceğimiz en ilginç bilimin büyük kara delik ikili birleşmelerinin etrafında toplandığını söyleyebilirim, çünkü bu sadece yerde araştıramadığımız bir şey.”
Uzayda gürültüden kaçmak
Lisa, uzayda yeryüzünden çok daha az rahatsızlık yaşayacak olsa da – ideal olarak sıfır – gözlemevinin kozmik gürültüden kaçması gerekecek. Evrende kara delikleri görmeyi çok zorlaştıran nesneler var çünkü yerçekimi dalgaları da yayıyorlar. Bu kompakt interloper’ların en can sıkıcı şekli Beyaz cüce ikili dosyalar: Birbirine dönüp sonunda birleşen eski yıldızların kompakt kabukları, bir mikserdeki fısıltılar gibi süreçte uzay -zaman karıştırıyor. Bu gürültünün istisnası, ikili dosyaların Bu yüzden Bireysel olarak seçilebilecekleri ve ne oldukları için tanınabilecekleri açıktır. Kozmik çift kenarlı bir kılıç, bunlar “Doğrulama İkili”Misyon pozisyonunda olduğunda gökbilimcilerin Lisa’nın yeteneklerini onaylamasına yardımcı olacak.
Lisa, birçoğu galaksimizde olan milyonlarca kaynaktan gelen gürültüyü aynı anda algılayacak. NASA’ya göre. Bilim adamları, buğdayı, muazzam miktarda veri işleme ve verileri evrenin bilinen nesnelerinin mevcut teorilerine ve modellerine sığdırarak samandan ayıracaklar. Lisa’nın başlaması beklenene kadar on yılı aşkın bir süredir, bilim adamları gerçek anlaşmaya hazırlanmak için sahte veri zorlukları üzerinde çalışıyorlar.
Kozmik evrimin izlenmesi
“Aslında astrofizikte sadece iki soru var ve onlar ‘Buraya nasıl geldik?’ Ve ‘Yalnız mıyız?’ Dedi Ford. “Yaptığımız her şey, bir ya da diğerinin ve bazen her ikisinin de bu soruların küçük bir parçasını cevaplamaya yöneliktir.”
Ford, “Kara delik oyununda değiliz, genel olarak ‘Yalnız mıyız?’ ‘İle ilgili herhangi bir şeyi cevaplamak için konuşuyoruz,” diye ekledi Ford. “Ama ‘Buraya nasıl geldik, bu kara delikleri anlamak oldukça önemli.”
Yıldızların doğumunu, yaşamını ve ölümünü ve bu nükleer füzyon fırınlarının elemanları üretmedeki rolünü – anlamak, kara deliklerin varlığına ayrılmaz bir şekilde bağlıdır. Ayrıca, galaksiler tarafından oluşturulan yıldız türleri ve oluşturdukları miktar, bu galaksilerin çekirdeklerindeki kara deliklerin kütlesine ve davranışına bağlanabilir. Kara delikler dağınık yiyiciler olabilir – genellikle yıldız materyali yakmak ve onu uzaya fırlatırlar – onları etraflarındaki evrenin evriminde aktif katılımcılar yaparak.
Webb Uzay Teleskopu Küçük Kırmızı Noktaların Gözlemleri Işık lekelerini, evrenin 600 milyon yaş ve 1,5 milyar yaşları arasında olduğu gibi görüyor. Son araştırmalar, noktaların erken evrende daha önce gizlenmiş kara delik büyümesinin belirtileri olduğunu ve kozmolojik modellerin önerildiği gibi “kırılmadığını” gösterse de, LISA gözlemleri şaşırtıcı ışık kaynaklarının kesin doğasını ortaya çıkarmaya yardımcı olacaktır.
Lisa, kara deliklerin çalkalanmasını gözlemleyecek ve evrenimizdeki kompakt nesneler dizisini daha iyi karakterize edecek. Bu bilgiler, mevcut kozmolojik modellere ve Einstein’ın genel göreliliği gibi geçerli teorilere de uygulanabilir. Zemin gerçek verileri (tabiri caiz-burada alan hakkında konuşuyoruz) evren hakkındaki fikirler için zorlayıcı bir stres testi olacak, bunlardan biri Ligo 2015’te yerçekimi dalgalarını ilk tespit ettiğinde ünlü olarak doğrulandı. Uzay -zamanın mürekkepli siyah yonderinde bilinmeyenler, ancak Lisa bilim adamları, evrenin en temel gizemlerinden bazılarında perdeyi – sadece biraz – geri çekmeye kararlıdır.
