Высокоточный испытательный стенд для технологии LISA

Оптический стенд AEI Hannover для тестирования технологии LISA до ее внедрения в вакуумную камеру. Три лазера передаются через оптические волокна. Предоставлено: Д. Пенкерт / Институт гравитационной физики Макса Планка.

Впервые стало возможным испытать технологию лазерного измерения для LISA в лабораториях практически в условиях миссии. Команда исследователей во главе с Институтом гравитационной физики им. Макса Планка (Институт Альберта Эйнштейна; AEI) и Институтом гравитационной физики в Университете Лейбница в Ганновере, Германия, достигла прорыва с помощью нового эксперимента. Работа связана с миссией LISA Pathfinder, которая тестировала технологии LISA в космосе с 2015 по 2017 год. LISA — это запланированная обсерватория в космосе, которая будет обнаруживать гравитационные волны, недоступные на Земле. Консорциум международных ученых в настоящее время разрабатывает LISA как миссию Европейского космического агентства (ESA). В своем эксперименте ученые AEI демонстрируют функциональность фазометра LISA, которая будет центральной единицей измерения обсерватории. Их эксперимент также может быть легко продлен для дальнейшего тестирования и, таким образом, может проверить другие этапы обсерватории измерений LISA.

«Все компоненты планируемой космической обсерватории LISA должны соответствовать строгим требованиям к точности измерения гравитационных волн», — говорит доктор Томас Шварце, ведущий автор статьи, опубликованной сегодня в известном журнале Physical Review Letters. Создание в лаборатории условий, в которых может быть проверена огромная точность для LISA, требует большой осторожности. Впервые мы можем протестировать важную часть технологии LISA в почти реалистичных условиях миссии в наших лабораториях и показать, что она работает по назначению.

LISA — гравитационно-волновая обсерватория в космосе

Запуск LISA в космос запланирован на 2034 год в качестве миссии Европейского космического агентства (ЕКА). Миссия будет состоять из трех спутников, которые создадут равносторонний лазерный треугольник с каждой стороной длиной около 2,5 миллионов километров. Расстояния полета этой формации в космосе изменяются гравитационными волнами на триллионную часть метра.

Чтобы обнаружить эти крошечные изменения, приборы (фазометры) на спутниках LISA контролируют и измеряют обмен лазерным лучом между ними. Это измерение должно выполняться с высочайшей точностью, как, например, чрезвычайно точный микрофон с низким уровнем шума и искажений, в широком диапазоне от 8 до 10 порядков.

Тестирование измерений LISA в лаборатории

В своей статье исследователи описывают новую экспериментальную установку, которая впервые позволяет проводить лазерные измерения LISA в лаборатории в почти реалистичных условиях миссии и использовать ее для проверки точности фазометра.

Установка состоит из оптической скамьи, которая благодаря своей особой конструкции отличается высокой точностью и стабильностью и, таким образом, устраняет все нежелательные источники шума в десять раз лучше, чем в предыдущих экспериментах. Таким образом, может быть достигнута требуемая точность LISA в триллионной части диапазона метров.

Предлагаемая миссия LISA будет обнаруживать гравитационные волны в космосе с использованием трех спутников, разнесенных на миллионы километров. Лазеры будут использоваться для измерения незначительных изменений их относительного расстояния, вызванных падающими гравитационными волнами. Предоставлено: AEI / MM / exozet; GW моделирование: НАСА / C. Хенз

На оптическом стенде три лазерных луча, произведенные контролируемым образом, накладываются попарно, чтобы получить шесть новых лазерных лучей с точно определенными свойствами. Умело накладывая три из этих смешанных лучей и измеряя их свойства с помощью фазометра, можно точно проверить его функцию.

Успешный тест в почти реалистичных условиях миссии

Фазометр, протестированный на установке, соответствует требованиям миссии практически во всем диапазоне измерений LISA. Этот успешный тест является первым в почти реалистичных условиях. Это показывает, что с новой установкой и с небольшими модификациями дополнительные центральные компоненты миссии LISA могут быть протестированы в еще более реалистичных условиях.

«Крайне важно точно понять все детали миссии LISA и заранее проверить их в лаборатории», — объясняет профессор Герхард Хайнцель, руководитель исследовательской группы по космической интерферометрии в AEI Ганновер. «Только так мы можем быть уверены, что сложная миссия будет работать в соответствии с планом. Как только спутники выйдут на орбиту вокруг Солнца, мы больше не сможем модифицировать аппаратное обеспечение».

Будущая гравитационно-волновая астрономия с LISA

LISA будет измерять низкочастотные гравитационные волны с периодами колебаний от 10 секунд до более чем полдня, что невозможно обнаружить с помощью детекторов на Земле. Такие гравитационные волны испускаются, например, сверхмассивными черными дырами , миллионы раз тяжелее нашего Солнца, которые сливаются в центрах галактик, орбитальные движения десятков тысяч двойных звезд в нашей Галактике и, возможно, из экзотических источников, таких как как космические струны и эхо Большого взрыва.

В период с декабря 2015 года по июль 2017 года миссия LISA Pathfinder продемонстрировала другие компоненты LISA в космосе и показала, что они превышают требования во всем диапазоне измерений LISA.

В настоящее время ЕКА проводит исследование системы фазы А с международным консорциумом LISA. Предварительный проект космических компонентов должен быть разработан в рамках подготовки к миссии.

Источник информации: https://phys.org/news/2019-03-high-precision-bench-lisa-technology.html#jCp

Тимеркаев Борис — 68-летний доктор физико-математических наук, профессор из России. Он является заведующим кафедрой общей физики в Казанском национальном исследовательском техническом университете имени А. Н. ТУПОЛЕВА — КАИ

comments powered by HyperComments
Оценки статьи:
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...