Grand sourire des petits femtomètres: LISA Pathfinder a dépassé les attentes

Un femtomètre mesure 10 à ¹⁵ mètres. Pour plus de clarté, le diamètre du proton est d'environ 1,7 femtomètres. 10 ^-14 m / s ² - est un millionième de milliardième de l'accélération gravitationnelle de la Terre. Et une telle précision, au moins cinq fois supérieure à celle initialement prévue, a été démontrée par le démonstrateur technologique du télescope gravitationnel LISA Pathfinder.

Petite introduction

LISA Pathfinder est un appareil permettant de vérifier la possibilité d'une mesure très précise de l'effet gravitationnel sur les masses d'essai - deux cubes d'or et d'alliage de platine suspendus dans l'espace. Sur les cubes, idéalement, seule la courbure de l'espace-temps par gravité agit. La sonde, avec tout l'équipement, pend dans l'espace sans toucher les cubes, compensant les moteurs à faible poussée avec la pression du vent solaire et d'autres perturbations. La position des cubes est mesurée très précisément par un interféromètre laser spécial. Plus en détail, la conception de la sonde avec des images est décrite ici .

Plans et résultats

Ce graphique montre la sensibilité en fonction de la fréquence. L'analogie avec le son est tout à fait correcte - des objets en collision de masses différentes «graviteront» par gravitation à différentes fréquences, certaines plus élevées, d'autres plus basses. Exigences LPF - valeurs de sensibilité calculées pour LISA Patfinder. Exigences LISA - exigences pour le futur détecteur gravitationnel LISA à partir de trois sondes. La ligne représente un millionième d'une milliardième accélération de la gravité sur Terre.

La toute première inclusion le 1er mars 2016 a provoqué de grands et larges sourires sur les visages des scientifiques - LISA Pathfinder a dépassé les paramètres de sensibilité calculés!



En un mois, la sonde a été réglée, éliminant les interférences techniques évidentes, et la sensibilité est devenue encore meilleure, à des fréquences plus élevées, elle s'est avérée être supérieure à ce qui est requis pour un détecteur à part entière:



Il est intéressant de noter qu'au fil des années, les scientifiques et les ingénieurs ont compris les sources d'interférences, et il s'est avéré que, selon la fréquence, elles sont causées par trois raisons:



sur le côté gauche, à basses fréquences, la conception de l'appareil lui-même interfère. Les moteurs, l'électronique fonctionnent, même à partir de capteurs stellaires, qui sont en fait des appareils photo numériques sans pièces mobiles lourdes, il y a encore du bruit.
Dans la partie centrale, le bruit provient de l'écrasement de molécules individuelles en cubes. Malgré le fait que le récipient avec des cubes est ouvert dans le vide et la pression y est presque nulle, les molécules d'air individuelles de la Terre n'ont pas encore eu le temps de s'envoler et d'interférer avec les observations. Heureusement, au fil du temps, il y en a moins, et dans cette gamme de fréquences, la précision augmente d'elle-même:


La ligne rouge est sensible en mai, c'est mieux que la ligne bleue d'avril

et enfin, le bruit de l'interféromètre apparaît en haut - en réalité, les cubes ne bougent pas, mais l'appareil montre un mouvement fantôme dû à son propre bruit.

Avec une telle précision, le détecteur LISA sera capable de voir des événements gravitationnels se produisant sur des milliards d'années-lumière:



La ligne jaune sur le graphique représente la chute d'un petit trou noir en un grand à une distance de 3 milliards d'années-lumière. Et la collision de deux galaxies avec des trous noirs au centre de LISA est visible en 12 milliards d'années-lumière. C'est proche du Big Bang. Et si, grâce au télescope Hubble, nous pouvons voir des galaxies anciennes très éloignées, l'astronomie gravitationnelle permettra de jeter un œil même au moment où l'Univers était opaque (la première fois après le Big Bang, la matière dans l'Univers était si proche les unes des autres que les photons ne pouvaient pas voler loin) .


La collision estimée des galaxies devrait être beaucoup plus forte que la sensibilité de LISA

Quelques faits intéressants.

Début juin, des scientifiques du projet LISA Pathfinder ont répondu à des questions sur Reddit, et à partir de ces dialogues, nous avons appris quelques choses plus intéressantes.

Tout d'abord, le matériel du projet fonctionne parfaitement, le premier ensemble de moteurs fonctionne toujours (il y a deux ensembles sur la sonde).

La pression du vent solaire à LISA Patfinder est de 28 micronewtons.

La cause de l'interférence donnant un pic sur le côté droit du graphique n'a pas encore été établie, mais les scientifiques soupçonnent une interférence de l'équipement. Au fil du temps, ils veulent collecter la télémétrie à une fréquence différente afin d'établir la cause exacte et de l'éliminer.

Le futur

Malgré l'énorme succès du LISA Pathfinder et le désir que le télescope gravitationnel examine maintenant les secrets de l'Univers, nous ne devons pas oublier qu'un détecteur à part entière de trois appareils ne devrait apparaître qu'en 2034 et, compte tenu du changement constant dans le calendrier des projets techniques complexes, très probablement que plus tard. Malgré le succès des instruments à impact par gravité, toutes les technologies requises pour LISA n'ont pas encore été créées. Par exemple, nous (l'humanité) ne savons pas encore connecter trois sondes à plusieurs millions de kilomètres les unes des autres par des faisceaux laser afin de mesurer très précisément la distance et transmettre des données.

Les sources

Le matériel a été créé à partir des sources suivantes:

1. Communiqué de presse officiel de l'ESA
2. Vidéo de conférence de presse de LISA Pathfinder Creators
3. Projet scientifique AMA à Reddit

Source: https://habr.com/ru/post/fr395401/