Európa az űrbe költözteti a gravitációshullám-kutatást

Hamarosan elkezdődhet a gravitációs hullámokat mérő LIGO obszervatórium űrbeli változatának megvalósítása, miután az Európai Űrügynökség (ESA) tudományos programbizottsága hivatalosan is „befogadta” a LISA programot. A döntéssel elismerték, hogy a küldetés koncepcióját és technikáját tekintve is megvalósítható. A LISA a következő évtized nagy európai kutatási projektjeinek egyike, építését az ESA, a NASA és egyes országok űrügynökségeinek tudósait tömörítő, európai vezetésű nemzetközi konzorcium irányítja.

A lézerinterferometriás űrantenna, rövidített nevén LISA, három űrszondából álló konstelláció. A tervek szerint az eszközök egyenlő oldalú háromszöget alkotva keringenek majd a Föld pályáját követve. A háromszög oldalainak hossza a Föld-Hold távolság hatszorosa, 2,5 millió kilométer lesz, ilyen távolságra küldik majd egymásra a méréseknél használt lézernyalábot.

A lézer jelek által megtett hatalmas távolság és a műszerek kiemelkedő stabilitása miatt jóval alacsonyabb frekvenciájú hullámokat észlelhetünk, mint ami a Földön lehetséges, így különböző léptékű eseményeket fedezhetünk fel az idők hajnaláig visszamenőleg

– mondta a program vezető kutatója, Nora Lützgendorf.

Az eszközök építése 2025 elején indulhat, azokat egy Ariane 6-os hordozórakéta juttatja majd az űrbe 2035-ben.

Csendes űr

A gravitációs hullámok létezését Albert Einstein jósolta meg 1916-ban, egy évvel korábban publikált általános relativitáselmélete alapján. Az elmélet szerint az anyag tömege meghajlítja a téridőt és hullámokat kelt benne. A hullámok létezését 1974-ben sikerült közvetetten igazolni egy kettős pulzáron, ezért az eredményért ítélték oda az 1993-as fizikai Nobel-díjat.

A gravitációs hullámokat először az Egyesült Államokban megépített lézerinterferometriás gravticióshullám obszervatórium, vagy LIGO figyelte meg közvetlenül 2015-ben. Az eredményért 2017-ben kapott fizikai Nobelt Rainer Weiss, Kip Thorne, és Barry Barish. A LIGO két nagy obszervatóriumból álló rendszer. Az egyes obszervatóriumok egymásra merőleges karokból állnak, amelyekben négy kilométeres vákuumcsőben lézereket küldenek és mérnek. Az obszervatórium olyan érzékeny, hogy a beérkező fényjelek atommagnál kisebb eltérését is képesek kimutatni – így érzékelik az űrből érkező gravitációs hullámokat, amelyeket fekete lyukak és neutroncsillagok összeolvadása kelt.

A LIGO adatai jelentős zajszűrést igényelnek, mert az eszköz olyan érzékeny, hogy kimutatja a szeizmikus zajokat, például a legközelebbi tengerpartra érkező hullámverést. A zaj és a méretkorlátok a többi hasonló földi gravitációs obszervatórium, a Virgo, Kagra és GEO600 érzékenységét ugyancsak behatárolják.

A LISA ezen tényezőktől függetlenül dolgozhat majd az világűrben, ugyanakkor számolni kell azzal, hogy a karjai nem fixek, ezért távolságuk lassan és folyamatosan változik.

Obszervatórium egységeinek szívében arany-platina ötvözetből készült tömör kockákból álló teszttömegeket helyeznek el. Az obszervatórium a tömegek távolságának minimális eltéréseit méri majd lézerekkel. A technika működését a félmilliárd eurós költségű LISA Pathfinder tesztszonda igazolta 2016-ban – amely a LISA megvalósításához szükséges mérési pontosság háromszorosára volt képes.

A LISA így a galaxisok közepében található milliárd naptömegű, szupermasszív fekete lyukakat, a fekete lyukakba zuhanó égitestek által keltett hullámokat is felderítheti. Sőt akár az ősrobbanás után maradt hullámokat is mérheti és mivel ezekből a hullámokból az őket keltő objektumok méretére és távolságára is lehet következtetni, ezek olyan kozmológiai tudást tartogatnak, ami további Nobel-díjakkal kecsegtet.

A LISA 2037-től korunk legnagyobb űr-röntgenteleszkópjával, a NewAthenával együttműködve kutathatja a világegyetem eredetét és alapvető fizikai törvényeit.

(ESA, Wikipedia)