A tudósok közel 100 éve közvetlen bizonyítékokat keresnek arra, hogy a gravitációs hullámok halvány hullámai vannak az űrtartalomban, amelyet az Albert Einsteins általános relativitáselméletében megjósoltak. Manapság a gravitációs hullámok vadászata világszerte erőfeszítésré vált, több száz tudós bevonásával. Számos nagy, földi alapú létesítményt fejlesztettek ki Európában, az Egyesült Államokban és Japánban, ám a legkifinomultabb keresésre hamarosan az űrben kerül sor.
Mike Cruise, professzor április 5-én, a RAS nemzeti csillagászattal foglalkozó találkozóján Birminghamben leírja az ESA-NASA közös projektet (LISA (lézeres interferometrikus űrantenna)). A 2012-ben elindítani tervezett három három űrhajóból áll, amelyek a Nap körül képződnek, és ez a legnagyobb tudományos műszer, amelyet valaha pályára helyeztek.
A LISA várhatóan a legnagyobb esélyt fogja kapni az izgalmas, alacsony frekvenciájú gravitációs hullámok keresésére - mondta Cruise professzor. A misszió azonban az egyik legbonyolultabb, technológiai kihívás, amelyet valaha vállaltak. Einsteins elmélete szerint a gravitációs hullámokat nagy tömegek (például neutroncsillagok vagy fekete lyukak) mozgása okozza az univerzumban. A távoli tárgyak közötti gravitációs hatás megváltozik, amikor a tömegek mozognak, ugyanúgy, mint a mozgó elektromos töltések olyan elektromágneses hullámokat generálnak, amelyeket a rádiókészülékek és a TV-k észlelhetnek.
Nagyon könnyű atomrészecskék, például az elektron esetén a mozgás nagyon gyors lehet, tehát széles frekvenciatartományban hullámokat generál, ideértve azokat a hatásokat is, amelyeket fénynek és röntgennek hívunk. Mivel a gravitációs hullámokat generáló tárgyak sokkal nagyobbak és tömegebbek, mint az elektronok, a tudósok sokkal alacsonyabb frekvenciahullámok felismerésére számítanak, a másodperc töredékétől néhány óráig terjedő időtartammal.
A hullámok valóban nagyon gyengék. Kiderülnek, hogy a vizsgált tömegek közötti távolság váltakozó nyújtása és összehúzódása között vannak felfüggesztve, amelyek lehetővé teszik számukra a mozgást. Ha két ilyen vizsgálati tömeg egymástól egy méterre helyezkedik el, akkor a jelenleg keresett erő gravitációs hullámai csak egymástól 10e-22 méterrel, vagy egy méteres egymillió milliomoddal változtatják meg egymástól való elválasztást.
Ez a távolságbeli változás olyan kicsi, hogy megakadályozzák, hogy a vizsgálati tömegeket zavarja a helyi tárgyak gravitációs hatása, és maga a Föld szeizmikus zaja vagy remegése, egy igazi probléma, amely korlátozza az érzékelők érzékenységét. Mivel a vizsgált tömegek közötti távolságban lévő minden méterhossz külön-külön előidézi a keresett apró változásokat, a tömegek közötti távolság hosszabbítása nagyobb átfogó változást eredményez, amelyet észlelni lehet. Következésképpen a gravitációs hullámdetektorok a lehető legnagyobb méretűek.
A jelenlegi földi detektorok néhány kilométer távolságot fednek le, és képeseknek kell lenniük arra, hogy megmérjék a gyorsan forgó tárgyak milliszekundum idejét, például a csillagrobbanásokból megmaradt neutroncsillagokat vagy a helyi galaktikus szomszédságunkban lévő tárgyak ütközését. Nagyon érdeklődik azonban az érzékelők építése a teljes galaxisok egyesülése során zajló, masszív fekete lyukak közötti ütközések keresésére. Ezek az erőszakos események nagyon alacsony frekvenciájú jeleket generálnak - túl alacsonyak ahhoz, hogy megfigyelhetők legyenek a Föld véletlen szeizmikus zajja felett.
A válasz az, hogy az űrbe kerül, távol az ilyen zavaroktól. A LISA esetében a három űrhajó formációban repül majd, egymillió kilométer távolságra. A közöttük haladó lézersugarak körülbelül 10 pikométer (százszáz ezredmilliomillió méter) pontossággal mérik a gravitációs hullámok által okozott elválasztás változásait. Mivel az egyes űrhajók vizsgálati tömegeit meg kell védeni a zavaroktól, amelyeket az űrben feltöltött részecskék okoznak, azokat az űrhajó vákuumkamrájában kell elhelyezni. A megkövetelt pontosság ezerszer nagyobb igény, mint valaha az űrben korábban elértük, ezért az ESA a lézeres mérőrendszer tesztrepülését készíti elő a LISA Pathfinder nevű misszióban, amelynek várható a 2008-as indítása.
A Birminghami Egyetem, a Glasgow Egyetem és a Londoni Imperial Főiskola tudósai jelenleg előkészítik a LISA Pathfinder műszereit az ESA-val és a német, olasz, holland, francia, spanyol és svájci kollégákkal együttműködve. Amikor a LISA pályája fut, várhatóan megfigyeljük az Univerzumot a gravitációs hullámok által kínált új ablakon keresztül - mondta Cruise. A neutroncsillagok és a hatalmas fekete lyukak mellett képesek lehetünk felismerni a Nagyrobbanás visszhangjait a gravitációs hullámokból, amelyek egy másodperces apró frakciókkal bocsátanak ki az esemény után, amely az univerzumot a jelenlegi evolúciójára indította.
Eredeti forrás: RAS sajtóközlemény
