Vypalování laserů na Měsíc k detekci gravitačních vln raného vesmíru

Tým evropských výzkumníků navrhl, že oběžná dráha Měsíce by mohla být použita jako gigantický detektor gravitačních vln – vlnění v samotné struktuře samotného časoprostoru. Tyto vlny, mnohem menší než ty, které mohou zachytit stávající detektory, by mohly pocházet z raného vesmíru.

Kosmické události zahrnující obrovské masy, jako jsou srážky mezi černými dírami, mohou uvolnit tolik energie, že fyzicky deformují časoprostorové kontinuum, což má za následek vlnění známé jako gravitační vlny. Zatímco tento jev poprvé předpověděl Albert Einstein před více než stoletím, gravitační vlny nebyly přímo detekovány až do roku 2015.

Pro detekci gravitačních vln zařízení jako LIGO a Virgo paprskové lasery procházejí tunely dlouhými 4 km (2,5 míle) a čekají. Úvaha spočívá v tom, že po snížení ostatních vlivů prostředí jakákoli nepatrná změna tohoto laserového paprsku naznačuje, že jej zalila gravitační vlna, která doslova zkresluje realitu. Toto zkreslení může být jen tisícina šířky protonu, ale tyto citlivé přístroje ho dokážou detekovat.

V průběhu let byly provedeny desítky detekcí, ale současná technologie dokáže zachytit signály pouze v určitých frekvencích. V nové studii vědci z UAB a IFAE ve Španělsku a University College London navrhli nový způsob, jak detekovat gravitační vlny na mnohem nižších frekvencích, pomocí oběžné dráhy Měsíce kolem Země.

Astronauti Apolla nechali na měsíčním povrchu zrcadla a observatoře zde na Zemi k nim nepřetržitě vysílají lasery a měří, jak se odrážejí zpět. To umožňuje vědcům sledovat vzdálenost Měsíce od Země s přesností na 1 cm (0,4 palce). Způsobem, který je mnohem větší verzí stávajících detektorů gravitačních vln – ale tam, kde lasery LIGO urazí pouze 4 km, je průměrná vzdálenost k Měsíci 384 400 km (238 855 mil).

Přesnost našich měření k Měsíci, navíc vzdálenost navíc, plus skutečnost, že Měsíci oběhne Zemi za 28 dní, to vše dohromady činí tuto metodu zvláště citlivou na detekci gravitačních vln v mikrohertzovém pásmu. Tyto frekvence jsou mimo možnosti stávajících detektorů, ale vědci o ně mají zvláštní zájem.

Předpokládá se, že mikrohertzové gravitační vlny pocházejí z velmi raného vesmíru, protože prochází přechody mezi fázemi vysoké energie. Detekce a dekódování těchto vln by mohlo odhalit obrovské množství nových informací o období historie vesmíru, které je obtížné studovat.

Není to poprvé, co byl Měsíc zvažován pro roli v detekci gravitačních vln. Minulý rok jiný tým navrhl, že měsíční povrch by mohl být ideálním místem pro budoucí zařízení díky své izolaci od rušení pozadí. Hlavní výhodou nového návrhu však je, že vůbec nevyžaduje výstavbu nového zařízení – stávající techniky lze pouze přepracovat.

Výzkum byl publikován v časopise Dopisy fyzické revize.

Zdroj: UAB