Lisa, um observatório de ondas gravitacionais de US $ 1,6 bilhão para ser lançado na próxima década, revolucionará a maneira como vemos ondas gravitacionais – as perturbações infinitesimais do espaço -tempo previam pela primeira vez há mais de um século e apenas oito anos atrás.
No outono, publicamos um mergulho profundo no design de Lisa e nos obstáculos de engenharia que devem ser superados para colocar o ofício futurista no espaço. Agora, perguntamos aos cientistas sobre os dados reais que Lisa coletará – o que as idéias que os dados podem produzir e como essas idéias podem mudar nossa compreensão do universo, das fontes de suas ondulações gravitacionais até a maneira como essas reverberações moldam o cosmos.
Lisa: simples e preciso
Lisa significa a antena espacial do interferômetro a laser e compreende três espaçonaves que orbitam o sol em uma formação triangular fixa. Lisa é um interferômetro, o que significa que a missão farejará ondas gravitacionais usando interferometria a laser – medindo as distâncias entre massas usando raios de laser incrivelmente precisos, cerca de 8 milhões de quilômetros de comprimento, com cada braço do Triangle de Lisa compreendendo cerca de 1,6 milhão (2,5 milhões de km) desse comprimento.
Os lasers são cruciais, mas apenas uma parte do design de Lisa – eles são apenas os palitos de medição para distâncias entre três cubos de metal, um em cada uma das três espaçonaves de Lisa. Os cubos são feitos de uma liga de ouro-platina para minimizar o magnetismo que poderia agir sobre eles. Novamente, o objetivo de Lisa é navegar pelo espaço com positivamente nada tocando esses cubos, mas o espaço -tempo e as ondulações gravitacionais que andam nele.
“A idéia básica por trás do design é que estamos lançando esses cubos”, disse Saavik Ford, astrofísico do Museu Americano de História Natural, em uma ligação com o Gizmodo. “Só queremos que eles fiquem sentados e experimentem a alegria do espaço -tempo, sem outras forças agindo sobre eles, e é essa última parte que é a parte mais difícil.”
“Você precisa manobrar o ofício como as massas [the gold-platinum cubes] estão caindo, para garantir que a nave espacial em si não se transforme nas massas e as bate, o que seria terrível ”, acrescentou Ford.
Quanto a entender a complexidade de Lisa, o então estudante de graduação da Ford, Jake Postiglione, tem uma analogia: o desafio técnico é semelhante a disparar um laser de Nova York a LA (se a terra estava plana) e tentar atingir o globo ocular de uma fruta com isso. E tanto o laser quanto a mosca da fruta estão se movendo à medida que a operação se desenrola.
A escala do desafio de engenharia é “francamente alucinante”, disse Ford, “e estou tão feliz que não seja meu departamento”.
A NASA está fornecendo vários elementos da instrumentação da LISA, incluindo seu sistema a laser, sistemas de telescópio e os dispositivos que gerenciarão os níveis de carga elétrica nos cubos de teste.
A frequência dos objetos em órbita é determinada pela frequência com que eles completam uma órbita completa um com o outro. Nossos detectores de ondas gravitacionais são bons em detectar certas frequências por várias razões, mas todo detector existente tem uma grande limitação: eles estão presos na Terra.
Um Oracle Space Based for Ancient Black Hole
Os detectores de ondas gravitacionais variam nos tipos de frequências orbitais que eles detectam. Detectores baseados no solo-ou seja, a colaboração Ligo-Virgo-Kagra-são ótimos na detecção de altas frequências, que correspondem a massas menores como buracos negros do tamanho das estrelas. Mas quando essas massas ficam um pouco maiores – digamos, mais de duzentas vezes a massa do nosso sol – suas frequências orbitais são um alcance semelhante ao ruído produzido por nosso próprio planeta.
“Existe basicamente uma frequência em que a própria Terra é tão barulhenta que o terreno é o seu problema”, disse Ford. “Você literalmente não pode fazer isso. Você tem que ir para o espaço, de uma maneira ou de outra. ”
No espaço, as matrizes de tempo de pulsar são um bastão de medição útil para os maiores orifícios pretos, embora a Terra ainda faça parte da equação. Nessa configuração, os observatórios na Terra monitoram os flashes confiáveis de luz de objetos giratórios rapidamente (pulsares); Quando o momento dessa luz para a terra é um pouco atrasado ou acelerado, é uma indicação de que o espaço -tempo foi esticado ou comprimido por ondas gravitacionais. Em 2023, um grupo de colaborações do Pulsar Timing Array encontrou fortes evidências de um fundo de onda gravitacional nos dados do Pulsar.
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Os orifícios negros vistos por matrizes de tempo pulsar são tipicamente bilhões de vezes a massa do sol e residem no centro das galáxias monstruosas – elas até anão Sagitário A*, o buraco negro no centro da Via Láctea, que aparece em aproximadamente Quatro milhões de massas solares. Se os buracos negros fossem mingau, Lisa seria Goldilocks. A missão farejará ondas gravitacionais de baixa frequência que são quase impossíveis de diferenciar do ruído nos detectores baseados na Terra. Dito isto, o observatório baseado no espaço pode ser capaz de detectar Fusões maciças do buraco negro-buracos negros de tamanho de escala caindo em supermassivos-junto com binários íntimos de objetos compactos e outras explosões e origens astrofísicas.
“As matrizes de tempo de pulsar nos fornecem informações sobre o fundo estocástico para binários enormes do buraco negro em frequências muito baixas, e o LIGO basicamente estabeleceu limites nas taxas das diferentes famílias de fusões de objetos compactos estelares”, disse Emanuele Berti, um físico teórico na Universidade Johns Hopkins, em uma videochamada com o Gizmodo. “O pensamento mudou de várias maneiras, mas eu diria que a ciência mais interessante que podemos fazer com Lisa é centrada em torno de fusões binárias enormes, porque isso é algo que simplesmente não podemos investigar no chão”.
Desaviando ruído no espaço
Embora Lisa tenha muito menos distúrbios no espaço do que na Terra – na idealmente zero – o observatório terá que peneirar o ruído cósmico. Existem objetos no universo que tornam os buracos negros muito mais difíceis de ver porque também emitem ondas gravitacionais. A forma mais irritante desses interconsravadores compactos são Binários da anã branca: conchas compactas de estrelas antigas que orbitam uma à outra e eventualmente se fundem, provocando o espaço -tempo no processo como batidas em um misturador. A exceção a esse ruído será quando os binários estiverem então pronunciado que eles podem ser escolhidos individualmente e reconhecidos pelo que são. Uma espada cósmica de dois gumes, estes “binários de verificaçãoAjudará os astrônomos a confirmar as capacidades de Lisa quando a missão estiver em posição.
Lisa detectará simultaneamente ruído de milhões de fontes, muitas das quais estão dentro de nossa galáxia, De acordo com a NASA. Os cientistas separarão o trigo do palha com a ajuda de uma enorme quantidade de processamento de dados e ajuste os dados às teorias e modelos existentes dos objetos conhecidos do universo. Faltando mais de uma década até que Lisa deve ser lançada, os cientistas estão trabalhando em desafios de dados simulados para se preparar para o negócio real.
Rastreamento de evolução cósmica
“Na verdade, existem apenas duas perguntas na astrofísica, e elas são ‘Como chegamos aqui?’ e ‘estamos sozinhos?’ ”, Disse Ford. “Cada coisa que fazemos é voltada para responder a um pequeno pedaço de um ou de outro e, ocasionalmente, ambos, dessas perguntas.”
“Não estamos no jogo dos buracos negros, em geral, falando para responder a ver com ‘estamos sozinhos?'”, Acrescentou Ford. “Mas o ‘como chegamos aqui é muito importante para entender esses buracos negros”.
Compreender o nascimento, a vida e a morte das estrelas – e o papel desses fornos de fusão nuclear na produção dos elementos – está inextricavelmente ligada à presença de buracos negros. Além disso, os tipos de estrelas formados por galáxias e a quantidade em que se formam podem ser conectados à massa e ao comportamento dos buracos negros nos núcleos dessas galáxias. Os buracos negros podem ser comedores bagunçados – geralmente arrotando o material estelar e jogando -o no espaço – tornando -lhes participantes ativos na evolução do universo ao seu redor.
O Telescópio Espacial Webb observações dos pequenos pontos vermelhos veem as manchas da luz como eram quando o universo tinha entre 600 milhões de anos e 1,5 bilhão de anos. Embora pesquisas recentes indiquem que os pontos são sinais de crescimento do buraco negro anteriormente obscurecido no universo inicial – e os modelos cosmológicos não estão “quebrados” como as manchetes sugeriram – as observações de LISA ajudariam a revelar a natureza exata das fontes de luz intrigantes.
Lisa observará a agitação de buracos negros e caracterizará melhor a variedade de objetos compactos em nosso universo. Essas informações também podem ser aplicadas aos modelos cosmológicos existentes e teorias predominantes, como a relatividade geral de Einstein. Os dados da verdadeira-verdade (por assim dizer-estamos falando sobre espaço aqui) serão um teste de estresse convincente para essas idéias sobre o universo, uma das quais foi famosa validada quando o LIGO detectou ondas gravitacionais pela primeira vez em 2015. Há muitos conhecidos conhecidos incógnitas no negro de tinta do espaço, mas os cientistas de Lisa estão determinados a recuar a cortina – se apenas um pouco – em alguns dos mistérios mais fundamentais do universo.
