Senyum lebar dari femtometer kecil: LISA Pathfinder melebihi harapan

Femtometer adalah 10 ^-15 meter. Untuk kejelasan, diameter proton sekitar 1,7 femtometer. 10 ^-14 m / s ² - ini adalah sepersejuta dari satu milyar percepatan gravitasi di Bumi. Dan ketepatan seperti itu, setidaknya lima kali lebih tinggi dari yang direncanakan, ditunjukkan oleh demonstran teknologi dari teleskop gravitasi LISA Pathfinder.

Pengantar kecil

LISA Pathfinder adalah alat untuk memeriksa kemungkinan pengukuran efek gravitasi yang sangat akurat pada massa uji - dua kubus emas dan paduan platinum tergantung di ruang angkasa. Di kubus, idealnya, hanya kelengkungan ruang-waktu oleh gravitasi yang bekerja. Probe, bersama dengan semua peralatan, menggantung di ruang tanpa menyentuh batu, mengimbangi mesin dorong rendah dengan tekanan angin matahari dan gangguan lainnya. Posisi kubus sangat akurat diukur dengan interferometer laser khusus. Secara lebih rinci desain probe dengan gambar dijelaskan di sini .

Rencana dan hasil

Grafik ini menunjukkan sensitivitas versus frekuensi. Analogi dengan suara cukup benar - benda bertabrakan dari massa yang berbeda secara gravitasi akan "bersuara" pada frekuensi yang berbeda, beberapa lebih tinggi, beberapa lebih rendah. Persyaratan LPF - nilai sensitivitas yang dihitung untuk LISA Patfinder. Persyaratan LISA - persyaratan untuk detektor gravitasi LISA di masa depan dari tiga probe. Garis itu adalah sepersejuta dari satu per satu miliar percepatan gravitasi di Bumi.

Inklusi pertama pada 1 Maret 2016 menyebabkan senyum lebar dan lebar di wajah para ilmuwan - LISA Pathfinder melebihi parameter yang dihitung dalam sensitivitas!



Dalam waktu satu bulan, probe telah disetel, menghilangkan gangguan teknis yang jelas, dan sensitivitasnya menjadi lebih baik, pada frekuensi yang lebih tinggi ternyata menjadi lebih tinggi daripada yang diperlukan untuk detektor penuh:



Sangat menarik bahwa selama bertahun-tahun, para ilmuwan dan insinyur telah memahami sumber gangguan, dan ternyata, tergantung pada frekuensinya, mereka disebabkan oleh tiga alasan:



Di sisi kiri, pada frekuensi rendah, desain perangkat itu sendiri mengganggu. Mesin, kerja elektronik, bahkan dari sensor bintang, yang sebenarnya adalah kamera digital tanpa bagian yang bergerak berat, masih ada kebisingan.
Di bagian tengah, kebisingan muncul dari molekul-molekul individual yang menabrak kubus. Terlepas dari kenyataan bahwa wadah dengan kubus terbuka dalam ruang hampa dan tekanan di sana hampir nol, molekul-molekul udara individu dari Bumi belum sempat terbang keluar dan mengganggu pengamatan. Untungnya, dari waktu ke waktu jumlahnya lebih sedikit, dan dalam rentang frekuensi ini akurasi meningkat dengan sendirinya:


Garis merah sensitif pada bulan Mei, lebih baik daripada garis biru pada bulan April,

dan akhirnya, suara dari interferometer muncul di bagian atas - pada kenyataannya, kubus tidak bergerak, tetapi perangkat menunjukkan gerakan hantu karena kebisingannya sendiri.

Dengan akurasi seperti itu, detektor LISA akan dapat melihat peristiwa gravitasi yang terjadi selama miliaran tahun cahaya:



Garis kuning pada grafik adalah jatuhnya lubang hitam kecil menjadi besar pada jarak 3 miliar tahun cahaya. Dan tabrakan dua galaksi dengan lubang hitam di pusat LISA dapat dilihat dalam 12 miliar tahun cahaya. Ini dekat dengan Big Bang. Dan jika berkat teleskop Hubble kita dapat melihat galaksi kuno yang sangat jauh, astronomi gravitasi akan memungkinkan untuk mengintip bahkan pada saat Alam Semesta buram (pertama kali setelah Big Bang, materi di Semesta begitu dekat satu sama lain sehingga foton tidak bisa terbang jauh) .


Perkiraan tumbukan galaksi harus jauh lebih keras daripada sensitivitas LISA

Beberapa fakta menarik.

Pada awal Juni, para ilmuwan dari proyek LISA Pathfinder menjawab pertanyaan tentang Reddit, dan dari dialog itu kami mempelajari beberapa hal yang lebih menarik.

Pertama-tama, perangkat keras proyek bekerja dengan sempurna, set mesin pertama masih berfungsi (ada dua set pada probe).

Tekanan angin matahari di LISA Patfinder adalah 28 mikronewton.

Penyebab gangguan memberikan puncak di sisi kanan grafik belum ditetapkan, tetapi para ilmuwan mencurigai gangguan dari peralatan. Seiring waktu, mereka ingin mengumpulkan telemetri pada frekuensi yang berbeda untuk menentukan penyebab yang tepat dan menghilangkannya.

Masa depan

Terlepas dari keberhasilan besar LISA Pathfinder dan keinginan agar teleskop gravitasi mengintip ke dalam rahasia Semesta sekarang, kita tidak boleh lupa bahwa detektor penuh dari tiga perangkat akan muncul hanya pada tahun 2034, dan, mengingat perubahan konstan dalam waktu proyek teknis yang kompleks, kemungkinan besar itu nanti. Terlepas dari keberhasilan instrumen dampak gravitasi, tidak semua teknologi yang diperlukan untuk LISA belum dibuat. Sebagai contoh, kita (manusia) belum tahu bagaimana menghubungkan tiga probe pada jarak beberapa juta kilometer dari satu sama lain dengan sinar laser untuk mengukur jarak dan mengirimkan data dengan sangat akurat.

Sumber

Bahan itu dibuat dari sumber-sumber berikut:

1. Siaran Pers Resmi ESA
2. Rekaman video konferensi pers para pencipta LISA Pathfinder
3. Proyek Ilmuwan AMA di Reddit

Source: https://habr.com/ru/post/id395401/