I nesten 100 år har forskere søkt etter direkte bevis på eksistensen av tyngdekraftsbølger som besvimer krusninger i stoffet fra romtiden forutsagt i Albert Einsteins teori om generell relativitet. I dag har jakten på tyngdekraften blitt en verdensomspennende innsats som involverer hundrevis av forskere. En rekke store, bakkebaserte fasiliteter er utviklet i Europa, USA og Japan, men det mest sofistikerte søket av alle vil snart finne sted i verdensrommet.
Med en tale tirsdag 5. april på RAS National Astronomy Meeting i Birmingham, vil professor Mike Cruise beskrive et felles ESA-NASA-prosjekt kalt LISA (Laser Interferometric Space Antenna). LISA er planlagt for lansering i 2012 og vil bestå av tre romskip som flyr i formasjon rundt sola, noe som gjør det til det største vitenskapelige instrumentet som noen gang er plassert i bane.
LISA forventes å gi den beste sjansen for suksess i jakten på de spennende, lavfrekvente tyngdekraften, sa professor Cruise. Oppdraget er imidlertid en av de mest komplekse, teknologiske utfordringene som noen gang har blitt gjennomført. I følge Einsteins teori er tyngdekraftbølger forårsaket av bevegelsen av store masser (f.eks. Nøytronstjerner eller sorte hull) i universet. Gravitasjonspåvirkningen mellom fjerne objekter endres når massene beveger seg, på samme måte som bevegelige elektriske ladninger skaper de elektromagnetiske bølgene som radioapparater og TV-er kan oppdage.
Når det gjelder en veldig lett atompartikkel som elektron, kan bevegelsen være veldig rask, slik at bølger genereres ved et bredt spekter av frekvenser, inkludert effektene vi kaller lys og røntgenstråler. Siden objektene som genererer tyngdekraftsbølger er mye større og mer massive enn elektroner, forventer forskere å oppdage mye lavere frekvensbølger med perioder fra fraksjoner på et sekund til flere timer.
Bølgene er faktisk veldig svake. De avslører seg som en vekslende strekk og sammentrekning av avstanden mellom testmassene som er hengt opp på en måte som gjør at de kan bevege seg. Hvis to slike testmasser var en meter fra hverandre, ville gravitasjonsbølgene til styrken som nå søkes endre deres separasjon med bare 10e-22 av en meter, eller en ti tusendels million av en milliondel av en milliondel meter.
Denne endringen i separasjonen er så liten at det å forhindre at testmassene blir forstyrret av tyngdeeffekten av lokale gjenstander, og den seismiske støyen eller skjelven fra jorden selv, er et reelt problem som begrenser følsomheten til detektorene. Siden hver meters lengde i avstanden mellom testmassene gir opphav til de bittesmå endringene det søkes etter, øker lengden på separasjonen mellom massene en større generell endring som kunne oppdages. Som en konsekvens blir gravitasjonsbølgedetektorer gjort så store som mulig.
Aktuelle bakkebaserte detektorer dekker avstander på noen få kilometer og skal kunne måle millisekundets perioder med hurtigroterende gjenstander som nøytronstjerner som er til overs fra stellare eksplosjoner, eller kollisjonene mellom objekter i vårt lokale galaktiske nabolag. Det er imidlertid en sterk interesse for å bygge detektorer for å søke etter kollisjonene mellom massive sorte hull som finner sted under sammenslåing av komplette galakser. Disse voldelige hendelsene ville generere signaler med svært lave frekvenser - for lave til å bli observert over jordens tilfeldige seismiske støy.
Svaret er å gå ut i verdensrommet, vekk fra slike forstyrrelser. Når det gjelder LISA, vil de tre romskipene fly i formasjon, med 5 millioner kilometer fra hverandre. Laserstråler som beveger seg mellom dem vil måle endringene i separasjonen forårsaket av tyngdekraftsbølger med en presisjon på omtrent 10 pikometre (hundretusenvis av en milliondels meter). Siden testmassene på hvert romfartøy må beskyttes mot forskjellige forstyrrelser som er forårsaket av ladede partikler i rommet, må de hyses i et vakuumkammer i romskipet. Den nødvendige presisjonen er 1000 ganger mer krevende enn noensinne er oppnådd i verdensrommet, og derfor forbereder ESA en testflyging av lasermålesystemet i et oppdrag kalt LISA Pathfinder, som skal lanseres i 2008.
Forskere fra University of Birmingham, University of Glasgow og Imperial College London forbereder for tiden instrumenteringen for LISA Pathfinder i samarbeid med ESA og kolleger i Tyskland, Italia, Holland, Frankrike, Spania og Sveits. Når LISA opererer i bane, forventer vi å observere universet gjennom det nye vinduet som tilbys av tyngdekraften, sa Cruise. I tillegg til nøytronstjerner og massive sorte hull, kan det hende at vi er i stand til å oppdage ekkoene fra Big Bang fra tyngdekraftsbølger som sendte ut små brøkdeler av et sekund etter hendelsen som startet vårt univers på dets nåværende utvikling.
Originalkilde: RAS News Release
