Satu juta mil dari Bumi, satelit Badan Antariksa Eropa yang membawa dua kubus apung dari paduan emas-platinum menunjukkan bahwa dimungkinkan untuk mengukur gerakan pada skala inti atom, yang dapat mengungkapkan sifat beberapa benda paling masif di alam semesta. .
Konten terkait
- Lab Fisika Berbasis Angkasa Dapat Membantu Ilmuwan Mempelajari Bagaimana Gravity Warps Ruangwaktu
Disebut LISA Pathfinder, wahana antariksa ini adalah test bed untuk Antena Antariksa Laser Interferometer Berkembang (eLISA). Hasilnya muncul hari ini di sebuah makalah di Physical Review Letters .
Misi eLISA akan terdiri dari tiga pesawat ruang angkasa yang mengorbit matahari. Salah satu pesawat ruang angkasa akan menembakkan laser ke arah dua lainnya, menggambarkan bentuk L 621.000 mil di satu sisi. Laser akan mengukur jarak antara massa uji yang dibawa oleh probe ke dalam beberapa triliun meter - lebih kecil dari atom. Pengukuran yang tepat akan memungkinkan para ilmuwan untuk mengamati gelombang gravitasi - gangguan yang meregangkan ruang itu sendiri - yang merupakan konsekuensi dari teori relativitas umum Einstein. Gelombang yang lewat itu akan mengubah panjang satu sisi L relatif terhadap yang lain, dan membiarkan para ilmuwan melihat kelengkungan ruang yang sebenarnya.
"Katakan jika Anda memiliki satu massa di New York dan satu di Torino [Italia], " Stefano Vitale, profesor fisika di Universitas Trento di Italia dan penyelidik utama untuk LISA Pathfinder, memberi tahu Smithsonian.com. "Mereka berdua mempercepat menuju pusat bumi. Ketika gelombang gravitasi berlalu, mereka mulai jatuh ke arah yang sedikit berbeda."
Tetapi melacak gerakan kecil seperti itu sulit, kata Fabio Favata, kepala kantor koordinasi Direktorat Ilmu ESA pada konferensi pers yang mengumumkan hasilnya. Itulah sebabnya LISA Pathfinder diluncurkan. "Kami memutuskan bahwa kami harus belajar berjalan sebelum bisa berlari, " katanya. "Ini analog dengan proyek Gemini untuk Apollo ... Kita tidak hanya belajar berjalan tetapi juga berlari dengan cukup baik."
Di dalam LISA Pathfinder, dua kubus 1, 9 kilogram paduan emas-platinum melayang persis 14, 8 inci. Sinar laser dipantulkan dari setiap kubus, dan laser yang ditumpangkan mengukur gerakan mereka relatif satu sama lain.
"Kami mengambil jutaan kilometer LISA dan menyusut menjadi satu pesawat ruang angkasa, " kata Paul McNamara, ilmuwan proyek ESA untuk LISA Pathfinder. LISA Pathfinder terlalu kecil untuk mengukur gelombang gravitasi, tetapi itu menunjukkan bahwa instrumen dapat mengukur gerakan yang sangat kecil dan memungkinkan untuk membangun lingkungan tanpa gangguan dari lingkungan luar.
LISA Pathfinder menunjukkan bahwa ia dapat mengambil gerakan pada skala femtometer - sepersejuta dari sepersejuta meter. Itu adalah urutan besarnya yang lebih baik dari yang mereka harapkan, kata Martin Hewitson, ilmuwan senior LISA Pathfinder. "Kami ingin melihat gerakan skala pikometer, " katanya. Pikometer 1.000 kali lebih besar dari femtometer. "Ini lebih dari 100 kali lebih baik daripada [pengamatan] di lapangan."
Gelombang gravitasi telah terdeteksi sebelumnya. Para ilmuwan yang bekerja di Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory (LIGO) mengumumkan pada bulan Februari bahwa mereka telah menemukannya. Gelombang itu kemungkinan dibuat oleh tabrakan dua lubang hitam.
Tetapi LIGO ada di Bumi, yang artinya ia tidak dapat melihat jenis gelombang gravitasi yang mungkin dihasilkan oleh fenomena lain. Gempa bumi di sisi lain planet ini, truk yang melintas, dan bahkan ekspansi termal dari peralatan dapat menenggelamkan sinyal yang dicari oleh LIGO. Faktor lainnya adalah ukuran. Detektor berbasis darat hanya bisa sangat besar; LIGO, yang juga menggambarkan bentuk-L, berjarak 2, 5 mil di satu sisi, dan memantulkan laser bolak-balik di antara cermin untuk mendapatkan panjang efektif 695 mil. Itu cukup besar untuk secara efisien melihat gelombang gravitasi dengan frekuensi diukur dari sekitar 100 Hz hingga 1.000 Hz, kata Shane Larson, seorang profesor peneliti di Northwestern University dan salah satu ilmuwan yang bekerja di LIGO. (Ketika tim LIGO mengumumkan penemuannya, frekuensi terendah "mendengar" adalah sekitar 35 Hz). Itu berarti panjang gelombang sekitar 300.000 hingga 8, 5 juta meter. (Gelombang gravitasi bergerak dengan kecepatan cahaya). Itu berarti bahwa selain bertabrakan lubang hitam, LIGO dapat mendengarkan bintang-bintang neutron ketika mereka berputar atau berpasangan, saling berpilin.
eLISA, bagaimanapun, akan dapat melihat gelombang gravitasi yang membutuhkan waktu beberapa detik untuk berlalu - sekitar 0, 0001 hingga 1 Hz, yang diterjemahkan menjadi gelombang gravitasi sepanjang 3 miliar kilometer.
Larson mengatakan bahwa rentang frekuensi memungkinkan untuk mendeteksi objek dan fenomena yang LIGO tidak bisa cocok. "Kita bisa melihat bintang-bintang neutron yang mengorbit satu sama lain, tetapi jauh lebih awal, sebelum mereka saling berdekatan, " katanya. "Atau bintang katai putih. Bintang katai putih akan menghubungi dan bergabung tetapi mereka akan melakukannya sebelum LIGO bisa melihatnya." Namun, eLISA akan mengambilnya.
Vitale menambahkan bahwa eLISA akan menjawab beberapa pertanyaan mendasar tentang lubang hitam dan pusat galaksi. "Kita tahu bahwa setiap galaksi memiliki lubang hitam dari ratusan ribu hingga miliaran massa matahari, " katanya. "[eLISA] dapat melihat tabrakan lubang belakang sebesar itu. Kita juga bisa melihat lubang hitam kecil jatuh ke dalam lubang hitam besar; yang mengirimkan sinyal yang memungkinkan semacam pemetaan medan gravitasi di sekitar lubang hitam." Bentuk yang tepat dari bidang-bidang tersebut adalah pertanyaan terbuka yang penting dalam astrofisika. Bahkan mungkin menunjukkan apakah lubang hitam benar-benar memiliki horizon peristiwa.
Larson mengatakan melihat tabrakan lubang hitam yang lebih besar juga bisa menjelaskan bagaimana lubang hitam di pusat galaksi menjadi begitu besar. "Kami melihat lubang hitam yang sangat besar di awal alam semesta. Bagaimana mereka menjadi besar secepat itu? LISA dapat melihatnya di tepi jagat raya yang dapat diamati."
eLISA direncanakan untuk diluncurkan pada 2034, dan harus mulai mengambil data hanya dalam beberapa bulan peluncuran.
