เป็นเวลาเกือบ 100 ปีแล้วที่นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นหาหลักฐานโดยตรงของการมีอยู่ของคลื่นแรงโน้มถ่วงระลอกคลื่นจาง ๆ บนผืนผ้าของกาลอวกาศที่ทำนายไว้ในทฤษฎีอัลเบิร์ตไอน์สไตน์ของทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป วันนี้การตามล่าหาคลื่นแรงโน้มถ่วงกลายเป็นความพยายามระดับโลกที่เกี่ยวข้องกับนักวิทยาศาสตร์หลายร้อยคน มีการพัฒนาสิ่งอำนวยความสะดวกพื้นฐานขนาดใหญ่ในยุโรปสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่น แต่การค้นหาที่ซับซ้อนที่สุดจะเกิดขึ้นในอวกาศในไม่ช้า
เมื่อวันอังคารที่ 5 เมษายนที่การประชุมดาราศาสตร์แห่งชาติ RAS ในเบอร์มิงแฮมศาสตราจารย์ไมค์ครูซจะอธิบายโครงการ ESA-NASA ร่วมกันที่เรียกว่า LISA (Laser Interferometric Space Antenna) LISA มีกำหนดการเปิดตัวในปี 2555 ซึ่งประกอบด้วยยานอวกาศสามลำที่กำลังก่อตัวรอบดวงอาทิตย์ซึ่งเป็นเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ที่ใหญ่ที่สุดเท่าที่เคยมีมาในวงโคจร
LISA คาดว่าจะมอบโอกาสที่ดีที่สุดในการประสบความสำเร็จในการค้นหาคลื่นแรงโน้มถ่วงความถี่ต่ำที่น่าตื่นเต้นศาสตราจารย์ครูซกล่าว อย่างไรก็ตามภารกิจเป็นหนึ่งในความท้าทายด้านเทคโนโลยีที่ซับซ้อนที่สุดเท่าที่เคยมีมา ตามทฤษฎีของ Einsteins คลื่นแรงโน้มถ่วงเกิดจากการเคลื่อนที่ของมวลขนาดใหญ่ (เช่นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ) ในจักรวาล อิทธิพลของแรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุที่อยู่ห่างไกลจะเปลี่ยนไปเมื่อมวลเคลื่อนที่เช่นเดียวกับที่ประจุไฟฟ้าเคลื่อนที่สร้างคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ชุดวิทยุและทีวีสามารถตรวจจับได้
ในกรณีของอนุภาคอะตอมที่เบามากเช่นอิเล็กตรอนการเคลื่อนที่อาจเร็วมากดังนั้นการสร้างคลื่นในช่วงความถี่ที่หลากหลายรวมถึงเอฟเฟกต์ที่เราเรียกว่าแสงและรังสีเอกซ์ เนื่องจากวัตถุที่สร้างคลื่นแรงโน้มถ่วงมีขนาดใหญ่กว่าและใหญ่กว่าอิเล็กตรอนมากนักวิทยาศาสตร์คาดว่าจะตรวจจับคลื่นความถี่ที่ต่ำกว่ามากด้วยระยะเวลาตั้งแต่เศษส่วนของวินาทีถึงหลายชั่วโมง
คลื่นอ่อนมาก พวกเขาเปิดเผยตัวเองว่าเป็นทางเลือกในการยืดและหดตัวของระยะห่างระหว่างมวลทดสอบซึ่งถูกระงับในลักษณะที่ทำให้พวกเขาเคลื่อนไหว หากมวลการทดสอบสองชิ้นนั้นห่างกันหนึ่งเมตรคลื่นแรงโน้มถ่วงของความแรงที่กำลังหาอยู่จะเปลี่ยนการแยกโดยเพียง 10e-22 จากหนึ่งเมตรหรือหนึ่งหมื่นในหนึ่งล้านจากหนึ่งล้านจากหนึ่งล้านในหนึ่งล้าน
การเปลี่ยนแปลงในการแยกนี้มีขนาดเล็กมากเพื่อป้องกันไม่ให้มวลทดสอบถูกรบกวนโดยผลกระทบความโน้มถ่วงของวัตถุในท้องถิ่นและเสียงแผ่นดินไหวหรือการสั่นสะเทือนของโลกเองเป็นปัญหาจริงที่ จำกัด ความไวของเครื่องตรวจจับ เนื่องจากความยาวแต่ละเมตรในระยะห่างระหว่างมวลทดสอบจะเพิ่มขึ้นตามการเปลี่ยนแปลงเล็ก ๆ ที่ถูกค้นหาการเพิ่มความยาวของการแยกระหว่างมวลทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโดยรวมที่มากขึ้นซึ่งสามารถตรวจจับได้ ดังนั้นเครื่องตรวจจับคลื่นแรงโน้มถ่วงจึงมีขนาดใหญ่ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้
เครื่องตรวจจับบนพื้นดินในปัจจุบันครอบคลุมระยะทางไม่กี่กิโลเมตรและควรจะสามารถวัดระยะเวลาเป็นมิลลิวินาทีของวัตถุที่หมุนเร็วเช่นดาวนิวตรอนที่ตกค้างจากการระเบิดของดาวฤกษ์หรือการชนระหว่างวัตถุในย่านกาแลคซีท้องถิ่นของเรา อย่างไรก็ตามมีความสนใจอย่างมากในการสร้างเครื่องตรวจจับเพื่อค้นหาการชนกันระหว่างหลุมดำขนาดใหญ่ที่เกิดขึ้นระหว่างการรวมกาแลคซีทั้งหมด เหตุการณ์ความรุนแรงเหล่านี้จะสร้างสัญญาณที่มีความถี่ต่ำมาก - ต่ำเกินไปที่จะสังเกตได้จากเสียงคลื่นไหวสะเทือนแบบสุ่มของโลก
คำตอบคือไปสู่อวกาศห่างจากสิ่งรบกวนดังกล่าว ในกรณีของ LISA ยานอวกาศทั้งสามจะบินในรูปแบบห่างกัน 5 ล้านกิโลเมตร ลำแสงเลเซอร์ที่เดินทางระหว่างกันจะวัดการเปลี่ยนแปลงของการแยกที่เกิดจากคลื่นแรงโน้มถ่วงด้วยความแม่นยำประมาณ 10 picometres (หนึ่งแสนล้านของหนึ่งในล้านของเมตร) เนื่องจากการทดสอบมวลของยานอวกาศแต่ละชิ้นจะต้องได้รับการปกป้องจากสิ่งรบกวนต่าง ๆ ที่เกิดจากอนุภาคที่มีประจุในอวกาศพวกมันจะต้องอยู่ในห้องสุญญากาศในยานอวกาศ ความแม่นยำที่ต้องการคือความต้องการมากกว่า 1,000 เท่าที่เคยประสบความสำเร็จในอวกาศมาก่อนดังนั้น ESA จึงเตรียมการทดสอบระบบการวัดด้วยเลเซอร์ในภารกิจที่เรียกว่า LISA Pathfinder ซึ่งจะเปิดตัวในปี 2551
นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยเบอร์มิงแฮมมหาวิทยาลัยกลาสโกว์และวิทยาลัยอิมพีเรียลลอนดอนกำลังเตรียมเครื่องมือสำหรับ LISA Pathfinder โดยร่วมมือกับ ESA และเพื่อนร่วมงานในเยอรมนีอิตาลีฮอลแลนด์ฝรั่งเศสสเปนและสวิตเซอร์แลนด์ เมื่อ LISA ทำงานในวงโคจรเราคาดว่าจะสำรวจจักรวาลผ่านหน้าต่างใหม่ที่เสนอโดยคลื่นแรงโน้มถ่วง Cruise กล่าว นอกจากดาวนิวตรอนและหลุมดำขนาดใหญ่แล้วเราอาจสามารถตรวจสอบเสียงสะท้อนของบิกแบงจากคลื่นแรงโน้มถ่วงที่ปล่อยเศษเสี้ยวเล็ก ๆ หลังจากเหตุการณ์ที่เริ่มต้นจักรวาลของเราในวิวัฒนาการปัจจุบัน
แหล่งต้นฉบับ: RAS News Release
