Wir sind jetzt einen Schritt näher zum Nachweis von Gravitationswellen in Raum

Eine geplanten weltraumgestützten Gravitationswellendetektor Beobachtungsstelle ist einen Schritt näher an der Realität, weil eine wichtige technologische Komponente nur eine Reihe von Tests mit Bravour bestanden. Die LISA Pathfinder Zusammenarbeit angekündigt, die Ergebnisse dieser Experimente auf einer Pressekonferenz in Madrid an diesem Morgen, zusammen mit einem Papier in Physical Review Lettersveröffentlicht.

Gravitationswellen sind Wellen im Gefüge der Raumzeit durch die energiereichsten Ereignisse im Universum verursacht – Supernovae, schwarzes Loch Fusionen und dergleichen. Gab es so viel (wohlverdienten) Aufregung LIGOs direkten Leitung von Gravitationswellen früher in diesem Jahr, dass es einfach zu vergessen, LIGO ist nicht das einzige Spiel in der Stadt. Die Ära der Gravitationswelle Astronomie ist erst am Anfang. Es ist ein ganzes Spektrum von Gravitationswellen, ähnlich wie es viele verschiedene Arten von Licht unterschiedlicher Wellenlängen im elektromagnetischen Spektrum gibt.

So gibt es weitere Kooperationen zugeschnitten Wellen bei Frequenzen über welche LIGO jagen soll (die Millisekunde Regime) zu erkennen. Im Dezember letzten Jahres gestartete ist LISA Pathfinder-Mission eines dieser Kooperationen. Es ist die erste Phase der Europäischen Weltraumorganisation (ESA) vollwertige weltraumgestützte Mission, Gravitationswellen, bekannt als der Laser Interferometer Space Antenne (LISA) geplant.

"LISA schließt die Lücke in der Gravitationswelle Frequenz zwischen Pulsar-Timing-Arrays und LIGO, so ist es absolut entscheidend ist, um das volle Gravitationswelle Spektrum charakterisieren" West Virginia University Maura Mclaughlin — Wer studiert Gravitationswellen bei sehr niedrigen Frequenzen und ist kein Mitglied der LISA Pathfinder-Mission – sagte Gizmodo. "Nicht es wäre wie mit Radio und Gammastrahlen-Teleskope aber keine Infrarot oder optische. "Wir brauchen alle diese um das vollständige Bild der Quellen zu erhalten."

Obwohl es eine weltraumgestützte Interferometer ist, ist LISA Pathfinder für Gravitationswellen tatsächlich nicht geeignet. Vielmehr ist es ein Prototyp-Observatorium, die Detektortechnologien benötigt für die ausgewachsenen LISA-Mission zu testen. Wie Gizmodo Maddie Stone im Dezember letzten Jahres schrieb:

Das Ziel ist einfach: mit Laser-Interferometer, das Raumschiff wird versuchen, die relativen Positionen der zwei 1,8-Zoll-Gold-Platin-Würfel im freien Fall genau zu messen. Untergebracht in separate Elektrode Boxen, die nur 15 Zoll auseinander, die Test-Objekte aus dem Sonnenwind und andere äußere Kräfte, abgeschirmt werden, dass die winzigen Bewegungen verursacht durch Gravitationswellen (hoffentlich) erkannt werden können... Schließlich plant die ESA eine große weltraumgestützte Sternwarte, die präzise Messungen auf Test-Objekte, die durch Hunderte von Tausenden von Meilen getrennt.

Die LISA Pathfinder Sonde hat Triebwerke, das Feuer, wie erforderlich, um sicherzustellen, dass die Würfel im freien Fall unter dem Einfluss der Schwerkraft und sonst nichts bleiben. Auch Sonnenlicht kann diesen freien Fall Antrag ausreichend zu übertönen, keine Signale von Gravitationswellen stören. Wissenschaftler der Mission habe in den letzten Monaten arbeiten daran um Grenzen auf das Labor Messgenauigkeit, einschließlich streunende elektrostatische Kräfte, kosmische Strahlung und auch die zufällige Bewegung der Moleküle innerhalb der Testmassen selbst zu verstehen.

Die Ergebnisse die Erwartungen weit übertroffen: zwei Würfel sind im freien Fall und fast regungslos in Bezug auf alle anderen, und die Wissenschaftler konnten den Abstand kleiner als der Durchmesser eines Atoms bestimmen – fünfmal besser als Ziel für LISA Pathfinder, nach Martin Hewitson des Albert-Einstein-Institut und Leibniz Universität Hannover.

Es ist ein enorm wichtig Beweis des Prinzips, zeigen, dass es möglich ist, eine Gravitationswelle Observatorium im Raum umzusetzen. McLaughlin erklärt es "eine spektakuläre Leistung," fügte hinzu: "dieses Ergebnis hat gezeigt, dass die primäre Herausforderung überwunden hat. Es wäre nun sehr überraschend, wenn LISA nicht seine volle projizierten Empfindlichkeit erreicht haben."

Die vollständige LISA-Mission besteht aus drei Satelliten in einer dreieckigen Konfiguration mit jeweils zwei Gold-Platin-Würfel im freien Fall. Im Prinzip funktioniert ähnlich wie LIGO, mit Hochleistungslasern um zu messen, kleinste Veränderungen in der Ferne zwischen den Massen zu testen. Aber um Gravitationswellen bei solch niedrigen Frequenzen, Lisas drei Raumschiffe müssen noch weiter auseinander als die Earth-bound LIGO-Detektoren in Louisiana und Hanford, Washington. LISA sollte auch besser gerichtete Quellen von Gravitationswellen innerhalb einer Arc-Sekunde lösen können.

Für die Arten von Ereignissen, die LISA erkennen könnte, die Stefano Vitale der Universität Trient und principal Investigator für die LISA Pathfinder-Mission, sagte, dass die aufregendste Sache ein kleines schwarzes Loch fallen in ein supermassives schwarzes Loch erfassen würde. Die ausgewachsene LISA Sternwarte könnten Physiker genau das Gravitationsfeld um ein schwarzes Loch, damit die Vorhersagen der allgemeinen Relativitätstheorie zu einem noch nie da gewesenen Maß testen zuordnen.

"Dem Ergebnisbericht [Lisa Pathfinder] Team, ganz einfach, eine Tour De Force in Präzisionsmessung," schrieb David Reitze, Geschäftsführer von LIGO, in einem Standpunkt für APS-Physik. "[Diese] Experimente etablieren fest, dass die Präzision von LISA für die Messung von Test-Masse Verschiebungen sind gut in der hand, die Weichen für die nächste Ära in Gravitationswellendetektoren." " Derzeit will die ESA die volle LISA-Mission im Jahr 2034 zu starten.

[Physical Review Letters]