A bancada óptica AEI Hannover para teste da tecnologia LISA antes de ser integrada na câmara de vácuo. Os três lasers são transmitidos por meio de fibras ópticas. Crédito:D. Penkert / Instituto Max Planck de Física Gravitacional
Pela primeira vez, foi possível testar a tecnologia de medição a laser para LISA em laboratórios quase sob condições de missão. Uma equipe de pesquisadores liderada pelo Instituto Max Planck de Física Gravitacional (Instituto Albert Einstein; AEI) e pelo Instituto de Física Gravitacional da Leibniz Universität em Hannover, Alemanha, alcançou o avanço com um novo experimento. O trabalho está vinculado à missão LISA Pathfinder, que testou as tecnologias LISA no espaço de 2015 a 2017. LISA é um observatório planejado no espaço que detectará ondas gravitacionais inacessíveis na Terra. Um consórcio de cientistas internacionais está atualmente desenvolvendo o LISA como uma missão da Agência Espacial Européia (ESA). Com seu experimento, os cientistas da AEI demonstram a funcionalidade do fasímetro LISA, que será a unidade central de medição do observatório. Seu experimento também pode ser facilmente estendido para mais testes e pode, assim, verificar outras etapas do observatório de medições LISA.
"Todos os componentes do observatório espacial LISA planejado devem atender a requisitos de precisão estritos para medir ondas gravitacionais, "diz o Dr. Thomas Schwarze, autor principal do artigo publicado hoje na conceituada revista. Cartas de revisão física . “Criar condições em um laboratório nas quais a enorme precisão do LISA possa ser verificada requer muito cuidado. Pela primeira vez, podemos testar uma parte importante da tecnologia LISA sob condições de missão quase realistas em nossos laboratórios e mostrar que funciona como pretendido. "
LISA - um observatório de ondas gravitacionais no espaço
O LISA está programado para ser lançado ao espaço em 2034 como uma missão da Agência Espacial Européia (ESA). A missão consistirá em três satélites que irão criar um triângulo de laser equilátero com cada lado aproximadamente 2,5 milhões de quilômetros de comprimento. As distâncias desse voo de formação no espaço são alteradas em um trilionésimo de metro pelas ondas gravitacionais.
Para detectar essas pequenas mudanças, instrumentos (medidores de fase) nos satélites LISA monitoram e medem a luz laser trocada entre eles. Essa medição deve ser realizada com a mais alta precisão - como um microfone extremamente preciso com baixo ruído e baixa distorção - em uma grande faixa de 8 a 10 ordens de magnitude.
Teste de medições LISA em um laboratório
Em seu artigo, os pesquisadores descrevem uma nova configuração experimental que, pela primeira vez, permite medições LISA baseadas em laser em um laboratório sob condições de missão quase realistas e usa-o para verificar a precisão do medidor de fase.
A configuração consiste em uma bancada óptica que, devido à sua construção especial, é altamente preciso e estável e, portanto, elimina todas as fontes de ruído indesejáveis dez vezes melhor do que os experimentos anteriores. A precisão LISA necessária na faixa do trilionésimo de um metro pode ser alcançada.
A missão LISA proposta irá detectar ondas gravitacionais no espaço usando um trio de satélites, separados por milhões de quilômetros. Lasers serão empregados para medir as mudanças mínimas em sua distância relativa induzida por ondas gravitacionais impactantes. Crédito:AEI / MM / exozet; Simulação GW:NASA / C. Henze
Na bancada ótica, três feixes de laser produzidos de forma controlada são sobrepostos aos pares para se obter seis novos feixes de laser com propriedades definidas com precisão. Sobrepondo habilmente três desses feixes mistos e medindo suas propriedades com o medidor de fase, sua função pode ser verificada com precisão.
Teste bem-sucedido em condições de missão quase realistas
O medidor de fase testado com a configuração atende aos requisitos da missão em quase toda a faixa de medição do LISA. Este teste bem-sucedido é o primeiro em condições quase realistas. Isso mostra que com a nova configuração e com pequenas modificações, outros componentes centrais da missão LISA podem ser testados em condições ainda mais realistas.
"É fundamental entender todos os detalhes da missão LISA com precisão e testá-los com antecedência em laboratório, "explica o Prof. Gerhard Heinzel, líder do grupo de pesquisa em interferometria espacial do AEI Hannover. “Só assim podemos ter certeza de que a complexa missão funcionará conforme planejado. Assim que os satélites estiverem em órbita ao redor do Sol, não podemos mais modificar o hardware. "
Astronomia de ondas gravitacionais do futuro com LISA
LISA irá medir ondas gravitacionais de baixa frequência com períodos de oscilação de 10 segundos a mais da metade de um dia, que não pode ser observado com detectores na Terra. Essas ondas gravitacionais são emitidas, por exemplo, por buracos negros supermassivos, milhões de vezes mais pesado que o nosso Sol, que se fundem nos centros das galáxias, os movimentos orbitais de dezenas de milhares de estrelas binárias em nossa Galáxia, e possivelmente de fontes exóticas, como cordas cósmicas e o eco do Big Bang.
Entre dezembro de 2015 e julho de 2017, a missão LISA Pathfinder demonstrou outros componentes LISA no espaço e mostrou que eles excediam os requisitos em toda a banda de medição LISA.
A ESA está actualmente a conduzir o estudo do sistema Fase A com o consórcio internacional LISA. Um projeto preliminar dos componentes espaciais deve ser desenvolvido em preparação para a missão.
