Gandrīz 100 gadus zinātnieki ir meklējuši tiešus pierādījumus par gravitācijas viļņu esamību novājinātiem viļņiem kosmosa laika audumā, kā paredzēts Alberta Einsteina vispārējās relativitātes teorijā. Mūsdienās gravitācijas viļņu meklēšana ir kļuvusi par pasaules mēroga centieniem, iesaistot simtiem zinātnieku. Eiropā, ASV un Japānā ir izstrādāti vairāki lieli, uz zemes bāzēti objekti, taču vismodernākie meklējumi drīz notiks kosmosā.
Runājot otrdien, 5. aprīlī RAS Nacionālajā astronomijas sanāksmē Birmingemā, profesors Maiks Krūzs aprakstīs kopīgu ESA un NASA projektu ar nosaukumu LISA (lāzera interferometriskā kosmosa antena). Paredzēts izlaišanai 2012. gadā, LISA būs trīs kosmosa kuģi, kas lido ap Sauli, padarot to par lielāko zinātnisko instrumentu, kas jebkad ir novietots orbītā.
Paredzams, ka LISA nodrošinās vislabākās iespējas gūt panākumus aizraujošu, zemas frekvences gravitācijas viļņu meklējumos, sacīja profesors Krūzs. Tomēr misija ir viena no sarežģītākajām, tehnoloģiskajām izaicinājumiem, kāds jebkad ir veikts. Saskaņā ar Einsteins teoriju, gravitācijas viļņus izraisa lielu masu (piemēram, neitronu zvaigžņu vai melno caurumu) kustība Visumā. Gravitācijas ietekme starp attāliem objektiem mainās, pārvietojoties masām, tāpat kā kustīgie elektriskie lādiņi rada elektromagnētiskos viļņus, kurus uztver radioaparāti un televizori.
Ļoti vieglu atomu daļiņu, piemēram, elektronu, kustība var būt ļoti ātra, tāpēc ģenerējot viļņus plašā frekvenču diapazonā, ieskaitot efektus, kurus mēs saucam par gaismu un rentgena stariem. Tā kā objekti, kas rada gravitācijas viļņus, ir daudz lielāki un masīvāki nekā elektroni, zinātnieki paredz atklāt daudz zemākas frekvences viļņus ar laika posmu no sekundes frakcijas līdz vairākām stundām.
Viļņi patiešām ir ļoti vāji. Viņi atklājas kā mainīga attāluma stiepšanās un samazināšana starp testa masām, kuras ir apturētas tādā veidā, kas ļauj tām kustēties. Ja divas šādas testa masas būtu viena metra attālumā viena no otras, tad šobrīd meklētā spēka gravitācijas viļņi mainītu to atdalīšanu tikai par 10e-22 no metra vai vienu desmito daļu no vienas miljonās miljons daļas no metra.
Šīs atdalīšanas izmaiņas ir tik mazas, ka neļauj izmēģinājumu masām traucēt vietējo objektu gravitācijas ietekme un pašas Zemes seismiskais troksnis vai trīce ir reāla problēma, kas ierobežo detektoru jutīgumu. Tā kā katrs metra garums attālumā starp testa masām rada nelielas meklējamās izmaiņas, masu atdalīšanas garuma palielināšana rada lielākas vispārējās izmaiņas, kuras varētu atklāt. Rezultātā gravitācijas viļņu detektori tiek izgatavoti pēc iespējas lielāki.
Pašreizējie uz zemes bāzētie detektori aptver dažu kilometru attālumu, un tiem vajadzētu būt spējīgiem izmērīt ātri rotējošu priekšmetu, piemēram, neitronu zvaigznīšu, kas palikušas no zvaigžņu sprādzieniem, vai sadursmju starp objektiem mūsu vietējās galaktikas apkārtnē milisekundēs. Tomēr ir liela interese par ēku detektoriem, lai meklētu sadursmes starp masīvajiem melnajiem caurumiem, kas notiek pilnīgu galaktiku apvienošanās laikā. Šie vardarbīgie notikumi radītu signālus ar ļoti zemu frekvenci - pārāk zemu, lai tos varētu novērot virs nejaušā Zemes seismiskā trokšņa.
Atbilde ir iet kosmosā, prom no šādiem traucējumiem. LISA gadījumā trīs kosmosa kuģi lidos formācijā 5 miljonu kilometru attālumā viens no otra. Starp tām braucošie lāzera stari izmērīs gravitācijas viļņu radītās atdalīšanas izmaiņas ar precizitāti aptuveni 10 pikometri (simt tūkstošdaļa miljonā metra). Tā kā katra kosmosa kuģa testa masas būs jāaizsargā no dažādiem traucējumiem, ko rada uzlādētas daļiņas kosmosā, tām jābūt izvietotām kosmosa kuģa vakuuma kamerā. Nepieciešamā precizitāte ir 1000 reizes prasīgāka nekā jebkad agrāk kosmosā, un tāpēc ESA gatavo lāzera mērīšanas sistēmas testa lidojumu misijā ar nosaukumu LISA Pathfinder, kuras paredzēts sākt 2008. gadā.
Zinātnieki no Birmingemas universitātes, Glāzgovas universitātes un Londonas Imperiālās koledžas pašlaik gatavo instrumentus LISA Pathfinder sadarbībā ar ESA un kolēģiem Vācijā, Itālijā, Holandē, Francijā, Spānijā un Šveicē. Kad LISA darbojas orbītā, mēs sagaidām, ka mēs vērojam Visumu caur jauno logu, ko piedāvā gravitācijas viļņi, sacīja Kruīzs. Papildus neitronu zvaigznēm un masīvajiem melnajiem caurumiem mēs, iespējams, varēsim noteikt Lielā sprādziena atbalsis no gravitācijas viļņiem, kurus sekundē izstaroja sīkas sekundes daļas pēc notikuma, kas mūsu Visumu sāka tā pašreizējā evolūcijā.
Oriģinālais avots: RAS ziņu izlaidums
