AEI Hannover optiska bänk för test av LISA -teknik innan den integrerades i vakuumkammaren. De tre lasrarna överförs via optiska fibrer. Upphovsman:D. Penkert/Max Planck Institute for Gravitational Physics
För första gången, det har varit möjligt att testa lasermätningsteknik för LISA i laboratorier nästan under uppdragsförhållanden. Ett team av forskare som leds av Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute; AEI) och Institute for Gravitational Physics vid Leibniz Universität i Hannover, Tyskland, fick genombrottet med ett nytt experiment. Arbetet knyter an till LISA Pathfinder -uppdraget, som testade LISA -teknik i rymden från 2015 till 2017. LISA är ett planerat observatorium i rymden som kommer att upptäcka gravitationella vågor som inte är tillgängliga på jorden. Ett konsortium av internationella forskare utvecklar för närvarande LISA som ett uppdrag från European Space Agency (ESA). Med deras experiment, AEI -forskarna demonstrerar LISA -fasmätarens funktionalitet, som blir observatoriets centrala mätenhet. Deras experiment kan också enkelt förlängas för ytterligare testning och kan därmed verifiera andra steg i LISA -mätningsobservatoriet.
"Alla komponenter i det planerade LISA -rymdobservatoriet måste uppfylla strikta precisionskrav för att mäta gravitationella vågor, "säger doktor Thomas Schwarze, huvudförfattare till artikeln som publicerades idag i den berömda tidskriften Fysiska granskningsbrev . "Att skapa förutsättningar i ett laboratorium under vilket den enorma precisionen för LISA kan verifieras kräver stor omsorg. För första gången, vi kan testa en viktig del av LISA -tekniken under nästan realistiska uppdragsförhållanden i våra laboratorier och visa att den fungerar som avsett. "
LISA-ett gravitationellt vågobservatorium i rymden
LISA är planerat att skjuta upp i rymden 2034 som ett uppdrag från European Space Agency (ESA). Uppdraget kommer att bestå av tre satelliter som kommer att skapa en liksidig lasertriangel med varje sida cirka 2,5 miljoner kilometer lång. Avstånden för denna formationsflygning i rymden ändras med en biljonedel av en meter av gravitationella vågor.
För att upptäcka dessa små förändringar, instrument (fasmätare) i LISA -satelliterna övervakar och mäter det laserljus som utbyts mellan dem. Denna mätning måste utföras med högsta precision - som en extremt noggrann mikrofon med lågt brus och låg distorsion - över ett stort intervall på 8 till 10 storleksordningar.
Testa LISA -mätningar i ett laboratorium
I deras artikel, forskarna beskriver en ny experimentell inställning som, för första gången, möjliggör laserbaserade LISA-mätningar i ett laboratorium under nästan realistiska uppdragsförhållanden och använder den för att verifiera fasmätarens noggrannhet.
Installationen består av en optisk bänk som, på grund av dess speciella konstruktion, är mycket exakt och stabil och eliminerar därmed alla oönskade bullerkällor tio gånger bättre än tidigare experiment. Den erforderliga LISA -noggrannheten i biljoner miljoner meter kan således uppnås.
Det föreslagna LISA -uppdraget kommer att upptäcka gravitationella vågor i rymden med hjälp av en trio av satelliter, åtskilda av miljoner kilometer. Lasrar kommer att användas för att mäta minutförändringarna i deras relativa avstånd som induceras av påverkande gravitationella vågor. Kredit:AEI/MM/exozet; GW -simulering:NASA/C. Henze
På den optiska bänken, tre laserstrålar som produceras på ett kontrollerat sätt överlagras i par för att erhålla sex nya laserstrålar med exakt definierade egenskaper. Genom att skickligt lägga över tre av dessa blandade balkar och mäta deras egenskaper med fasmätaren, dess funktion kan kontrolleras exakt.
Lyckat test under nästan realistiska uppdragsförhållanden
Fasmätaren som testats med installationen uppfyller uppdragskraven nästan i hela LISA:s hela mätområde. Detta framgångsrika test är det första under nästan realistiska förhållanden. Det visar att med den nya installationen och med små modifieringar, ytterligare centrala komponenter i LISA -uppdraget kan testas under ännu mer realistiska förhållanden.
"Det är avgörande att förstå alla detaljer om LISA -uppdraget exakt och att testa dem i förväg i laboratoriet, "förklarar professor Gerhard Heinzel, ledare för forskargruppen för rymdinterferometri vid AEI Hannover. "Bara på detta sätt kan vi vara säkra på att det komplexa uppdraget kommer att fungera som planerat. När satelliterna väl är i en bana runt solen, vi kan inte längre ändra hårdvaran. "
Framtida gravitationsvågastronomi med LISA
LISA kommer att mäta lågfrekventa gravitationella vågor med oscillationsperioder från 10 sekunder till mer än en halv dag, som inte kan observeras med detektorer på jorden. Sådana gravitationella vågor avges, till exempel, av supermassiva svarta hål, miljontals gånger tyngre än vår sol, som går samman i galaxernas centrum, orbitalrörelserna för tiotusentals binära stjärnor i vår galax, och möjligen från exotiska källor som kosmiska strängar och ekot av Big Bang.
Mellan december 2015 och juli 2017, LISA Pathfinder -uppdraget visade andra LISA -komponenter i rymden och visade att de överskred kraven i hela LISA -mätbandet.
ESA genomför för närvarande fas A -systemstudien med det internationella LISA -konsortiet. En preliminär design av rymdkomponenterna ska utvecklas som förberedelse för uppdraget.
