|English| |KharkovAO| |CyTeG|
|Home| |Сейчас| |Описание| |Шкалы| |СуперБури| |Биосфера| |Словарик| |News| |Ссылки
| |Оценить| |About|

Космическая Погода

LISA - Детектор гравитационных волн от чёрных дыр

(ESA & NASA. Запуск в сентябре 2012, время существования 2 года)

При гравитационном коллапсе, когда гравитационные силы создают чёрную дыру, вся Вселенная ощущает удар. Гравитационная волны, распространяясь от места событий заставляют всё пространство вздрогнуть. Для обнаружения таких волн Европейским Космическим Агенством и разрабатывается проект лазерного космического интерферометра. Проект назван LISA (Laser Interferometer Space Antenna). В нём будут использоваться три космических корабля на орбите вокруг Солнца, разделённых 5 миллионами километров между собой, создавая гигантский треугольник. Лазерные лучи будут измерять расстояние между этими кораблями . Небольшие изменения в этом расстоянии происходящие в течение секунд или часов сообщат о прохождении гравитационной волны. Проект разрабатывается в партнерстве с NASA и его осуществление планируется в 2010г. Ученые c обеих сторон Атлантики надеются, что проект LISA будет осуществлён ко времени празднования столетия великого достижения человеческого разума - теории гравитации Альберта Эйнштейна.

Источники гравитационных волн

Основная задача LISA - обнаружить и детально изучить гравитационные волны от массивных черных дыр. Сюда входят как кратковременные сигналы конечных стадий слияния двух объектов, так и излучение продолжающееся во время всего наблюдательного периода от двойных черных дыр. Результаты таких наблюдений дадут ценную информацию как для астрофизики так и для проверки теории гравитационных волн. Основные вопросы решаемые при этом:
Происходят ли такие взрывы достаточно часто, чтобы быть зафиксированными на протяжении работы мисии? Большинство взрывных сигналов должны чётко выделяться с большим коэффициентом сигнал/шум.
А также, можно ли зафиксировать более слабые но продолжительные сигналы над уровнем шумов?

Следующая важная задача LISA - это наблюдать сигналы от тысяч двойных систем, содержащих компактные звезды, и определить их количество и распределение в нашей Галактике. Направление на источники может определяться по амплитуде и изменению фазы сигналов в течение года. На частотах ниже 3 млГц количество галактических двойных должно быть довольно большим, чтобы создавать помехи наблюдениям некоторых важных внегалактических источников. Возможно также будут обнаружены сигналы от некоторых известных двойных систем.
Кроме этого будет проведен поиск непрерывного спектра гравитационного излучения появившегося ещё на ранних стадиях формирования Вселенной в момент Большого Взрыва.

Ожидаемая чувствительность LISA (зелёная кривая) и предполагаемые уровни сигналов различных источников указаны на графике слева. Нижняя прерывистая красная линия показывает ожидаемый уровень сигнала от двойных нейтронных звёзд и белых карликов в центре Галактики. Верхняя прерывистая красная линия показывает ожидаемый уровень сигнала от двойных нейтронных звёзд и белых карликов расположенных в ближайшем окружении Солнца. Оранжевая линия - ожидаемый фон от двойных звёзд. Ожидаемый уровень сигнала от известных двойных белых карликов представлен в виде двух двойных, W Sge и i Boo

 

Орбиты кораблей в миссии LISA

Для миссии LISA вместе будут запущены три идентичных космических корабля, и затем они самостоятельно выйдут на постоянные орбиты вокруг Солнца. Корабли будут располагаться в вершинах квази-равностороннего треугольника на расстоянии 5 миллионов километров друг от друга. Их орбиты будут близки к Земной и КК будут следовать за нашей планетой на расстоянии около 50 миллионов километров или 20 градусов по орбите.

Орбиты движения космических кораблей гравитационной антенны LISA относительно Земли и относительно Солнца.

Этот треугольник из КК обращен плоскостью к Солнцу и наклонен на 60 градусов к плоскости земной орбиты. Он будет двигаться за Землей вокруг Солнца. Для лазерной интерферометрии расстояний необходимо, чтобы расстояния между кораблями были почти одинаковыми. Поэтому орбиты выбраны так, чтобы минимизировать изменения расстояний между космическими кораблями. Каждый космический корабль находится на околосолнечной орбите близкой к земной. Орбиты немного эллиптические и их плоскости несколько наклонены друг к другу и к плоскости земной орбиты (эклиптики). Направления больших полуосей орбит будут отличаться на 120 градусов по плоскости эклиптики. Это и создаст необходимые условия существования такого треугольника. Тщательно установив наклонения орбит, три космических корабля будут поддерживать треугольную конфигурацию даже несмотря на то, что каждый движется независимо по своей собственной орбите вокруг Солнца. На правом рисунке сверху выделена орбита одного из КК и показано относительное расположение остальных КК, которые сохраняют треугольную форму. При этом будет изменяться и направление плоскости этого треугольника в пространстве, что поможет узнать точное направление на постоянные источники гравитационных волн и определить их происхождение.

Интерферометр Майкельсона.

LISA будет представлять собой гигантский интерферометр Майкельсона, который будет получать информацию о направлении поляризации гравитационных волн. Расстояние между космическими кораблями будет определять и рабочий диапазон частот гравитационной антены, что позволит наблюдать большинство интересных источников гравитационных волн.

Гравитационные волны, проходящие между космическими кораблями будут создавать небольшие изменения расстояним между ними. Эти изменения можно измерить с очень высокой точностью при помощи лазерной интереферометрии. При этом можно зафиксировать изменения с точностью малых долей длины волны.

Но солнечный свет и ветер могут создать гораздо более мощные возмущения в орбитах КК, чем проходящие гравитационные волны. Чтобы этого не произошло в КК будет использоваться "пробная масса" - тело защищенное от всех внешних воздействий. Лазерный интерферометр будет измерять расстояния именно между этими пробными массами. И если какие-либо внешние воздействия сместят КК относительно пробной массы, то включатся микродвигатели, которые вернут корабль на место. Таким образом будет обеспечиваться как высокая точность измерений, так и движение кораблей строго по их орбитам, т.е. орбитам свободным от сноса.

Схема расположения телескопов, лазеров и пробной массы на КК проекта LISA.

Для измерения расстояний будут использоваться неодимовые лазеры непрерывного действия с выходной мощностью 1Вт в инфракрасном диапазоне спектра (1 мкм) и 30-ти сантиметровые телескопы. Это даст возможность измерять расстояние с точностью около 10 пикометров каждую секунду (примерно в 10 раз меньше размера атома). Амплитуда гравитациооной волны характеризуется относительным изменением расстояния. В данном случае ожидаемая чувствительность детектора равна 2X10^(-18) за секунду.

Новые технологии необходимые для проекта LISA будут проверены в предварительной миссии SMART-2, которая будет миссией демонстрации технологий ЕКА для проекта LISA. Тестовый проект должен стартовать в 2006г.

Top

анти спам


: © Gennadiy Marchenko, Astronomical Observatory of Kharkov National University