Téměř 100 let vědci hledají přímý důkaz o existenci slabých vln gravitačních vln ve struktuře časoprostoru předpovídaných v teorii Alberta Einsteina o obecné relativitě. Dnes se hon na gravitační vlny stal celosvětovým úsilím, do kterého se zapojily stovky vědců. V Evropě, Spojených státech a Japonsku byla vyvinuta řada velkých pozemních zařízení, ale ve vesmíru se brzy uskuteční nejdokonalejší vyhledávání všech.
Profesor Mike Cruise v úterý 5. dubna na setkání Národní astronomie RAS v Birminghamu popíše společný projekt ESA-NASA s názvem LISA (Laser Interferometric Space Antenna). LISA bude naplánována na spuštění v roce 2012 a bude zahrnovat tři kosmické lodě létající ve formaci kolem Slunce, čímž se stane největším vědeckým nástrojem, který kdy byl umístěn na oběžné dráze.
Očekává se, že LISA poskytne nejlepší šanci na úspěch při hledání vzrušujících nízkofrekvenčních gravitačních vln, řekl profesor Cruise. Mise je však jednou z nejsložitějších technologických výzev, jaké kdy byly podniknuty. Podle Einsteinové teorie jsou gravitační vlny způsobeny pohybem velkých hmot (např. Neutronových hvězd nebo černých děr) ve vesmíru. Gravitační vliv mezi vzdálenými objekty se mění s pohybem hmot, stejně jako pohybující se elektrické náboje vytvářejí elektromagnetické vlny, které mohou detekovat rádiové televizory a televizory.
V případě velmi lehké atomové částice, jako je elektron, může být pohyb velmi rychlý, takže generuje vlny na širokém rozsahu frekvencí, včetně efektů, které nazýváme světlo a rentgenové paprsky. Protože objekty, které generují gravitační vlny, jsou mnohem větší a masivnější než elektrony, vědci očekávají, že budou detekovat mnohem nižší kmitočty vln s obdobími v rozsahu od zlomků sekundy po několik hodin.
Vlny jsou opravdu velmi slabé. Odkrývají se jako střídavé protahování a smršťování vzdálenosti mezi zkušebními hmotami, které jsou zavěšeny způsobem, který jim umožňuje pohybovat se. Pokud by dvě takové zkušební hmoty byly jeden metr od sebe, pak by gravitační vlny síly, která je v současné době hledána, změnily jejich oddělení pouze o 10e-22 metru, nebo o jednu tisícinu miliontinu miliontinu miliontinu metru.
Tato změna v oddělení je tak malá, že zabránění narušení zkušebních hmot gravitačním účinkem místních objektů a seismickému hluku nebo chvění samotné Země je skutečným problémem, který omezuje citlivost detektorů. Protože každá délka metru ve vzdálenosti mezi zkušebními hmotami způsobuje samostatně drobné změny, které jsou hledány, zvyšuje délka separace mezi hmotami větší celkovou změnu, která by mohla být detekována. V důsledku toho jsou detektory gravitační vlny vyráběny co největší.
Současné pozemní detektory pokrývají vzdálenosti několika kilometrů a měly by být schopny měřit milisekundové periody rychle se otáčejících objektů, jako jsou neutronové hvězdy, které zůstaly po hvězdných explozích, nebo střety mezi objekty v našem místním galaktickém sousedství. Existuje však silný zájem na budování detektorů pro hledání kolizí mezi masivními černými dírami, ke kterým dochází při fúzích úplných galaxií. Tyto násilné události by generovaly signály s velmi nízkými frekvencemi - příliš nízkými, než aby byly pozorovány nad náhodným seismickým šumem Země.
Odpověď je jít do vesmíru, daleko od takových poruch. V případě LISA budou tři kosmické lodě létat ve formaci, od sebe vzdáleny 5 milionů kilometrů. Laserové paprsky, které se pohybují mezi nimi, budou měřit změny v oddělení způsobené gravitačními vlnami s přesností asi 10 pikometrů (stotisícina miliontiny metru). Protože zkušební hmotnosti na každé kosmické lodi budou muset být chráněny před různými poruchami způsobenými nabitými částicemi ve vesmíru, musí být umístěny ve vakuové komoře v kosmické lodi. Požadovaná přesnost je 1 000krát náročnější než kdy dříve ve vesmíru, takže ESA připravuje zkušební let laserového měřicího systému v misi nazvané LISA Pathfinder, která má být uvedena na trh v roce 2008.
Vědci z University of Birmingham, University of Glasgow a Imperial College London v současné době připravují instrumentaci pro LISA Pathfinder ve spolupráci s ESA a kolegy v Německu, Itálii, Holandsku, Francii, Španělsku a Švýcarsku. Když LISA pracuje na oběžné dráze, očekáváme, že budeme pozorovat vesmír novým oknem nabízeným gravitačními vlnami, řekl Cruise. Kromě neutronových hvězd a masivních černých děr můžeme být schopni detekovat ozvěny Velkého třesku z gravitačních vln emitovaných drobné zlomky sekundy po události, která začala náš vesmír na jeho současném vývoji.
Původní zdroj: RAS News Release
