Umístění detektoru gravitačních vln na Měsíc by mohlo najít novou fyziku

Detekce gravitačních vln je ošemetná – tyto vlnky v samotné struktuře časoprostoru jsou často přehlušeny vibracemi pozadí zemětřesení, dopravy a jiné lidské činnosti. Nyní dvojice astrofyziků navrhla nové místo, které by bylo mnohem tišší – Měsíc.

Gravitační vlny jsou produkovány některými z nejúčinnějších událostí ve vesmíru, jako jsou srážky mezi černými dírami a neutronovými hvězdami. Ale tato kataklyzmata se odehrávají stovky milionů světelných let daleko, takže v době, kdy vlny zaplavují Zemi, zkreslují realitu nepatrným množstvím – pouhou tisícinou šířky protonu.

Jejich detekce vyžaduje extrémně citlivé nástroje, jako je LIGO a Virgo. Tato zařízení vysílají lasery do 4 km dlouhých (2,5 míle) tunelů, odrážejí je od zrcadel a měří, jak se světlo odráží na senzory. Když kolem prochází gravitační vlna, laserový paprsek se tak mírně zakolísá a vědci se z toho mohou dozvědět překvapivé množství informací.

Problém je, že Země je rušné místo. I když jsou tato zařízení umístěna hluboko pod zemí, jsou stále citlivá na hluk a vibrace z okolního prostředí. Je to zvlnění ve skutečnosti, nebo jen náklaďák projíždějící nad hlavou?

Nyní dvojice astrofyziků navrhla zařízení pro gravitační vlny na Měsíci. Karan Jani z Vanderbilt University a Avi Loeb z Harvardu tvrdí, že měsíční povrch má přirozeně několik užitečných vlastností, které je těžké napodobit zde na Zemi.

Zařízení pojmenované jako Gravitační vlnová lunární observatoř pro kosmologii (GLOC) by se těšilo téměř naprosté absenci rušení životního prostředí. Pro začátek tu zatím není žádná lidská činnost, a i když se budoucí mise s posádkou rozšiřují, stále bude spousta místa pro nastavení místa daleko od shonu.

Je zde také mnohem méně přirozeného rušení. Měsíční otřesy jsou mnohem slabší a méně časté než jejich pozemské protějšky, a otevřenost vakuu vesmíru znamená, že experimenty nebude nutné provádět ve vakuové trubici, jako je tomu zde.

Důležité je, že tyto faktory znamenají, že GLOC by mohl být mnohem citlivější než jakýkoli detektor na Zemi. Výzkumníci říkají, že lunární zařízení, jako je toto, by mohlo potenciálně zachytit gravitační vlny ze 70 procent pozorovatelného vesmíru a detekovat frekvence v rozsahu, který by zařízení na Zemi téměř nemohlo slyšet. Nedá se říct, jaké vesmírné podivnosti by mohly odhalit.

„Měsíc nabízí ideální kulisu pro ultimátní observatoř gravitačních vln, protože postrádá atmosféru a znatelný seismický šum, který musíme laserovými interferometry na Zemi s velkými náklady zmírnit,“ říká Loeb. „Měsíční observatoř by poskytla bezprecedentní citlivost pro objevování zdrojů, které nepředpokládáme a které by nás mohly informovat o nové fyzice. GLOC by mohl být klenotem v koruně vědy na povrchu Měsíce.“

Samozřejmě je tu další výzva dostat na Měsíc konstrukční materiály a vědecké přístroje na prvním místě, ale v poslední době se na mise, jako je tato, znovu zaměřujeme. Například program Artemis NASA plánuje vrátit lidi na Měsíc v roce 2024 a zřídit tam stálou přítomnost. GLOC nebo něco podobného by mohlo být cenným zařízením, které by se dalo nastavit, jakmile se tam dostaneme.

Výzkum byl zveřejněn v Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Tým o návrhu diskutuje ve videu níže.

Zdroj: Vanderbiltova univerzita