Gran sonrisa de pequeños femtómetros: LISA Pathfinder superó las expectativas
Un femómetro mide 10-15 metros. Para mayor claridad, el diámetro del protón es de aproximadamente 1,7 femtómetros. 10 -14 m / s 2 - es una millonésima de una mil millonésima de la aceleración de la gravedad en la Tierra. Y tal precisión, al menos cinco veces mayor de lo planeado originalmente, fue demostrada por el demostrador tecnológico del telescopio gravitacional LISA Pathfinder.Pequeña introducción
LISA Pathfinder es un dispositivo para verificar la posibilidad de una medición muy precisa del efecto gravitacional en las masas de prueba: dos cubos de aleación de oro y platino colgando en el espacio. En los cubos, idealmente, solo actúa la curvatura del espacio-tiempo por gravedad. La sonda, junto con todo el equipo, cuelga en el espacio sin tocar los cubos, compensando los motores de bajo empuje con la presión del viento solar y otras perturbaciones. La posición de los cubos se mide con mucha precisión mediante un interferómetro láser especial. Aquí se describe con más detalle el diseño de la sonda con imágenes .Planes y resultados
Este gráfico muestra sensibilidad versus frecuencia. La analogía con el sonido es bastante correcta: los objetos en colisión de diferentes masas "gravitarán" gravitacionalmente a diferentes frecuencias, algunas más altas, otras más bajas. Requisitos de LPF: valores de sensibilidad calculados para LISA Patfinder. Requisitos de LISA: requisitos para el futuro detector gravitacional LISA de tres sondas. La línea es una millonésima de la milmillonésima aceleración de la gravedad en la Tierra.La primera inclusión el 1 de marzo de 2016 causó grandes y amplias sonrisas en los rostros de los científicos: ¡LISA Pathfinder superó los parámetros calculados en sensibilidad!
En un mes, la sonda se sintonizó, eliminando la interferencia técnica obvia, y la sensibilidad se volvió aún mejor, a frecuencias más altas resultó ser más alta de lo que se requiere para un detector completo:
Es interesante que a lo largo de los años, los científicos e ingenieros hayan entendido las fuentes de interferencia, y resultó que, dependiendo de la frecuencia, son causadas por tres razones:
en el lado izquierdo, a bajas frecuencias, el diseño del dispositivo en sí interfiere. Los motores, la electrónica funcionan, incluso desde sensores estelares, que en realidad son cámaras digitales sin partes móviles pesadas, todavía hay ruido.En la parte media, el ruido surge de las moléculas individuales que chocan contra los cubos. A pesar de que el contenedor con cubos está abierto en el vacío y la presión allí es casi cero, las moléculas individuales de aire de la Tierra aún no han tenido tiempo de volar e interferir con las observaciones. Afortunadamente, con el tiempo hay menos, y en este rango de frecuencia la precisión aumenta por sí sola:
La línea roja es sensible en mayo, es mejor que la línea azul de abrily, finalmente, el ruido del interferómetro aparece en la parte superior; en realidad, los cubos no se mueven, pero el dispositivo muestra un movimiento fantasma debido a su propio ruido.Con tal precisión, el detector LISA podrá ver eventos gravitacionales que ocurren durante miles de millones de años luz:
La línea amarilla en el gráfico es la caída de un pequeño agujero negro en uno grande a una distancia de 3 mil millones de años luz. Y la colisión de dos galaxias con agujeros negros en el centro de LISA se puede ver en 12 mil millones de años luz. Esto está cerca del Big Bang. Y si gracias al telescopio Hubble podemos ver galaxias antiguas muy distantes, la astronomía gravitacional permitirá mirar incluso en el momento en que el Universo era opaco (la primera vez después del Big Bang, la materia en el Universo estaba tan cerca entre sí que los fotones no podían volar muy lejos) .
La colisión estimada de galaxias debería ser mucho más fuerte que la sensibilidad de LISAUn par de hechos interesantes.
A principios de junio, los científicos del proyecto LISA Pathfinder respondieron preguntas sobre Reddit, y de esos diálogos aprendimos algunas cosas más interesantes.En primer lugar, el hardware del proyecto funciona perfectamente, el primer conjunto de motores sigue funcionando (hay dos conjuntos en la sonda).La presión del viento solar en LISA Patfinder es de 28 micronewtons.Aún no se ha establecido la causa de la interferencia que da un pico en el lado derecho del gráfico, pero los científicos sospechan que el equipo tiene interferencia. Con el tiempo, desean recopilar telemetría a una frecuencia diferente para establecer la causa exacta y eliminarla.El futuro
A pesar del enorme éxito del LISA Pathfinder y el deseo de que el telescopio gravitacional escudriñara los secretos del Universo ahora, no debemos olvidar que un detector completo de tres dispositivos debería aparecer solo en 2034 y, dado el cambio constante en el tiempo de proyectos técnicos complejos, lo más probable que luego A pesar del éxito de los instrumentos de impacto por gravedad, todavía no se han creado todas las tecnologías necesarias para LISA. Por ejemplo, nosotros (la humanidad) todavía no sabemos cómo conectar tres sondas a una distancia de varios millones de kilómetros entre sí mediante rayos láser para medir con precisión la distancia y transmitir datos.Fuentes
El material fue creado a partir de las siguientes fuentes:- Comunicado de prensa oficial de la ESA
- Grabación de video de la conferencia de prensa de los creadores de LISA Pathfinder
- Proyecto de científicos de AMA en Reddit
Source: https://habr.com/ru/post/es395401/
All Articles