Ilmuwan Membawa lebih dekat ke Gelombang gravitasi

Livejurnal69 - Sebuah tim ilmuwan dan insinyur di NASA's Jet Propulsion Laboratory telah membawa dunia selangkah lebih dekat ke gelombang "Suara(pendengaran)" gravitasi - riak dalam ruang dan waktu yang diprediksi oleh Albert Einstein di awal abad 20.

Penelitian yang dilakukan di laboratorium di JPL di Pasadena, California, menguji sistem laser yang akan terbang pesawat misi angkasa yang direncanakan disebut Laser Interferometer Space Antenna, atau LISA. Tujuan Misi adalah untuk mendeteksi, sinyal halus seperti bisikan-gelombang gravitasi, yang belum secara langsung diamati. Ini bukan tugas yang mudah, dan banyak tantangan terbentang di depan.

The JPL baru tes memukul salah satu tonggak sejarah yang signifikan, menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa kebisingan, atau fluktuasi acak, di laser LISA's balok dapat cukup hening untuk mendengar suara manis dari gelombang yang sukar dipahami.

"Dalam rangka untuk mendeteksi gelombang gravitasi, kita harus membuat pengukuran sangat tepat," kata Bill Klipstein, seorang ahli fisika di JPL. "Laser kami jauh lebih ribut daripada apa yang kita ingin mengukur, jadi kita harus menghilangkan noise yang hati-hati untuk mendapatkan sinyal yang jelas; itu sedikit seperti mendengarkan bulu untuk menjatuhkan di tengah hujan badai yang berat." Klipstein adalah co-author dari makalah tentang tes laboratorium yang muncul dalam edisi terbaru Physical Review Letters.

Tim JPL adalah salah satu dari banyak kelompok bekerja pada LISA, seorang Eropa bersama Space Agency dan proposal misi NASA, yang, jika dipilih, akan meluncurkan pada tahun 2020 atau lambat. Pada bulan Agustus tahun ini, LISA diberi rekomendasi tinggi dengan laporan 2010 US National Research Council decadal pada astronomi dan astrofisika.

Salah satu tujuan utama LISA adalah untuk mendeteksi gelombang gravitasi langsung. Studi ini gelombang kosmik mulai sungguh-sungguh dalam beberapa dekade yang lalu ketika, pada tahun 1974, peneliti menemukan sepasang mengorbit bintang mati - tipe yang disebut pulsar - yang spiral lebih dekat dan lebih dekat bersama karena rugi dijelaskan energi. Energi itu kemudian terbukti dalam bentuk gelombang gravitasi. Ini adalah bukti langsung pertama dari gelombang, dan akhirnya meraih 1993 Nobel dalam Fisika.

LISA diharapkan tidak hanya "mendengar" ombak, tetapi juga mempelajari lebih lanjut tentang sumber-sumber mereka - benda masif seperti lubang hitam dan bintang-bintang mati, yang menyanyikan melodi seperti gelombang ke alam semesta sebagai objek mempercepat melalui ruang dan waktu. Misi ini akan mampu mendeteksi gelombang gravitasi dari benda-benda besar di galaksi Bima Sakti kita dan juga galaksi jauh, memungkinkan para ilmuwan untuk tune ke bahasa yang sama sekali baru alam semesta kita.

Misi yang diusulkan akan jumlah ke segitiga raksasa dari tiga pesawat yang berbeda, masing-masing dihubungkan dengan sinar laser. pesawat ini akan terbang dalam formasi mengelilingi matahari, sekitar 20 derajat di belakang bumi. Masing-masing akan mengadakan sebuah kubus yang terbuat dari platinum dan emas yang mengapung bebas di angkasa. Sebagai gelombang gravitasi lewat pesawat ruang angkasa, mereka akan menyebabkan jarak antara kubus, atau massa tes, untuk mengubah jumlah hampir tidak terlihat - tapi cukup untuk instrumen LISA sangat sensitif untuk dapat mendeteksi perubahan yang sesuai dalam laser menghubungkan balok.

"Gelombang gravitasi akan menyebabkan 'gabus' untuk bob sekitar, tapi hanya dengan sedikit kecil," kata Glenn de Vine, seorang ilmuwan penelitian dan co-penulis studi baru-baru ini di JPL. "Teman saya pernah berkata itu semacam karet seperti duckies terpental sekitar dalam bak mandi."

Tim JPL telah menghabiskan enam tahun terakhir bekerja pada aspek teknologi ini LISA, termasuk instrumen yang disebut meter fase, yaitu detektor sinar laser canggih. Penelitian terbaru accomplishes salah satu tujuan utama mereka - untuk mengurangi kebisingan laser terdeteksi oleh meter tahap demi satu miliar kali, atau cukup untuk mendeteksi sinyal gelombang gravitasi.

Pekerjaan seperti mencoba menemukan proton dalam tumpukan jerami. Gelombang gravitasi akan mengubah jarak antara dua pesawat ruang angkasa - yang terbang sebesar 5 juta kilometer (3,1 juta mil) terpisah - sekitar suatu picometer, yaitu sekitar 100 juta kali lebih kecil dari lebar rambut manusia. Dengan kata lain, pesawat ruang angkasa adalah 5000000000 meter terpisah, dan LISA akan mendeteksi perubahan dalam jarak pada urutan 0,000000000005 meter!

Di jantung teknologi laser LISA proses yang dikenal sebagai interferometri, yang akhirnya mengungkapkan jika jarak bepergian dengan laser sinar cahaya, sehingga jarak antara pesawat ruang angkasa tiga, telah berubah karena gelombang gravitasi. Proses ini seperti menggabungkan gelombang laut - kadang-kadang mereka menumpuk dan tumbuh lebih besar, dan kadang-kadang mereka membatalkan satu sama lain atau mengurangi ukuran.

"Kita tidak bisa menggunakan pita pengukur untuk mendapatkan jarak antara pesawat ruang angkasa ini," kata de Vine, "Jadi kita menggunakan laser Panjang gelombang dari laser seperti tanda centang kami pada pita pengukur.."

Pada LISA, sinar laser terdeteksi oleh meter fasa dan kemudian dikirim ke tanah, di mana ia "terganggu" melalui pengolahan data (proses ini disebut dengan time-delay interferometri untuk alasan ini - ada penundaan sebelum teknik interferometri adalah diterapkan). Jika pola interferensi antara sinar laser adalah sama, maka itu berarti pesawat tersebut belum bergerak relatif terhadap satu sama lain. Jika perubahan pola gangguan, kemudian mereka lakukan. Jika semua alasan lain untuk pergerakan pesawat antariksa telah dieliminasi, maka gelombang gravitasi adalah pelakunya.

Itu ide dasar. Pada kenyataannya, ada sejumlah faktor lain yang membuat proses ini lebih kompleks. Untuk satu hal, pesawat ruang angkasa tersebut tidak tinggal diam. Mereka bergerak secara alami untuk alasan yang tidak ada hubungannya dengan gelombang gravitasi. Tantangan lain adalah noise sinar laser. Bagaimana Anda tahu apakah pesawat ruang angkasa dipindahkan karena gelombang gravitasi, atau jika noise dalam laser hanya membuatnya tampak seolah-olah pesawat ruang angkasa bergerak?

Ini adalah pertanyaan tim JPL baru-baru ini ke laboratorium mereka, yang meniru sistem LISA. Mereka memperkenalkan acak, noise buatan menjadi laser mereka dan kemudian, melalui serangkaian rumit pengolahan data tindakan, dikurangi sebagian besar keluar. Keberhasilan terakhir mereka menunjukkan bahwa mereka bisa melihat perubahan jarak antara pesawat ruang angkasa mengejek atas perintah sebuah picometer.

Pada intinya, mereka didiamkan deru sinar laser, sehingga LISA, jika dipilih untuk konstruksi, akan mampu mendengar alam semesta pelan dengungan nada gelombang gravitasi.

penulis lain dari kertas dari JPL adalah Brent Ware, Kirk McKenzie, Robert E. Spero dan Daniel A. jeruk Bali, yang memiliki posting bersama dengan JPL dan Universitas Nasional Australia di Canberra.

LISA adalah NASA bersama diusulkan dan misi Badan Antariksa Eropa. Bagian NASA misi dikelola oleh NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md Beberapa studi instrumentasi kunci untuk misi sedang dilakukan di JPL. Ilmuwan misi AS adalah Tom Pangeran di Institut Teknologi California di Pasadena. JPL dikelola oleh Caltech untuk NASA.