LIGOが宇宙へ：ESAはLISA重力波検出器の開発を進める

木曜日、欧州宇宙機関の科学プログラム委員会はレーザー干渉計宇宙アンテナ（LISA）プロジェクトにゴーサインを出した。 これは、ミッションの3機の宇宙船の建設が早ければ1年後に開始される可能性があることを意味する。 この干渉計は、最初に重力波を検出した地上の LIGO (レーザー干渉計重力波観測所) 実験と同じ基本原理に従いますが、ハードウェアは 250 万キロメートル離れて配置され、まったく新しい天文範囲を感知できるようになります。現象。

実績のある技術

既存の重力波検出器は、レーザーを再結合して干渉パターンを生成する前に、遠く離れたミラーの間でレーザーを往復させることに依存しています。 大型トラックの轟音から重力波の通過まで、ミラーの位置を変えるあらゆるものが干渉パターンを変化させます。 離れた場所に検出器を設置すると、局所的なノイズが発生するケースを排除でき、天文現象を検出できるようになります。

私たちが地球上に構築した検出器は、中性子星やブラックホールなどのコンパクトな天体の合体によって生成される重力波を捉えることに成功しました。 しかし、その比較的コンパクトなサイズは、合体が起こる前の最後の数秒間にのみ生成される高周波の重力波しか捉えることができないことを意味します。

プロセスの詳細を捉えるには、低周波の重力波を検出する必要があります。 そしてそれは、干渉計のミラー間の距離がはるかに大きくなり、地球の地震ノイズから逃れられることを意味します。 それは宇宙に行くことを意味します。

LISA の設計は、太陽系を突き破る塵と宇宙線の衝突を吸収し、250 万キロメートルに到達するのに十分な強度のレーザーを出力する宇宙船の外殻で構成されています。 また、入射レーザー光の焦点を合わせるための望遠鏡も収容されており、レーザー光は通常の狭いビームからこれらの距離にわたって広がります。 宇宙の残りの部分から隔離された塊はその中で自由に浮遊しており、レーザーの変化を拾うための安定したプラットフォームを提供するはずです。 3 機の宇宙船が太陽の周りの軌道で地球を追跡し、それぞれが三角形の構成で他の 2 機にレーザーを送信します。

それはSFのように聞こえるかもしれないが、ESAはすでにこの技術をテストするためにパスファインダーミッションを宇宙に送っている。 そしてそれは実行されました 計画より 20 倍良い、LISA が機能するために必要な 3 倍の感度を提供します。 したがって、明らかな問題点はありません。

超巨大化へ

宇宙に到達すると、LIGO の検出をもたらした差し迫った衝突を直ちに検知するはずです。 しかし、それは丸一年ほど前にそれらを発見し、出来事の地平線がどこに接触するかを追跡することを可能にします。 これにより、それらの相互作用の物理学を経時的に追跡し、衝突に先立って光学望遠鏡を正しい方向に向けることが可能になり、これらのイベントのいずれかが放射線を生成するかどうかを判断できるようになります。 (これにより、すでに光子を介して検出したいくつかのクラスのイベントに原因を割り当てることができるかもしれません。)

しかし、それはメリットの一部にすぎません。 サイズがはるかに大きいため、超大質量ブラックホールの合体はより低い周波数でのみ検出可能です。 これらは多くの銀河の合併の後に起こると予想されているため、それらを捕捉できることが期待されています。

おそらく最もエキサイティングな見通しは、LISA がビッグバンの直後に形成された初期の重力変動を検出できるということです。 それは、宇宙マイクロ波背景放射とは完全に独立した、宇宙の最も初期の歴史に対する新たな見解を提供する可能性を秘めています。

私と同じように皆さんに興奮していただいているのですが、残念ながら発売日は 2034 年まで予定されていないことをお知らせします。ですから、10 年は頑張ってください。それだけの価値があると約束します。