_ Iată de ce ar trebui să punem un observator de unde gravitaționale pe Lună

Oamenii de știință au detectat prima undă gravitațională prezisă de mult timp în 2015, iar de atunci, cercetătorii au tânjit după detectoare mai bune. Dar Pământul este cald și zgomotos din punct de vedere seismic, iar asta va limita întotdeauna eficiența detectorilor de pe Pământ.

Este Luna locul potrivit pentru un nou observator de unde gravitaționale? Ar putea fi. Trimiterea telescoapelor în spațiu a funcționat bine și montarea unui observator GW pe Lună ar putea, de asemenea, deși propunerea este evident foarte complexă.

Majoritatea astronomiei este despre lumină. Cu cât îl simțim mai bine, cu atât învățăm mai multe despre natură. De aceea telescoape precum Hubble și JWST sunt în spațiu. Atmosfera Pământului distorsionează imaginile telescopului și chiar blochează o parte de lumină, cum ar fi infraroșu. Telescoapele spațiale rezolvă ambele probleme și au revoluționat astronomia.

Undele gravitaționale nu sunt luminoase, dar detectarea lor necesită totuși o sensibilitate extremă. Așa cum atmosfera Pământului poate introduce „zgomot” în observațiile telescopului, la fel și activitatea seismică a Pământului poate cauza probleme pentru detectoarele de unde gravitaționale. Luna are un mare avantaj față de planeta noastră dinamică, în continuă schimbare: are mult mai puțină activitate seismică.

Știm din zilele lui Apollo că luna are activitate seismică. Dar, spre deosebire de Pământ, cea mai mare parte a activității sale este legată de forțele mareelor ​​și loviturile de meteoriți mici. Cea mai mare parte a activității sale seismice este, de asemenea, mai slabă și mult mai adâncă decât cea a Pământului. Acest lucru a atras atenția cercetătorilor care au dezvoltat Antena Lunar Gravitational-wave (LGWA).

Dezvoltatorii LGWA au scris o nouă lucrare, „The Lunar Gravitational-wave Antenna: Mission Studies and Science Case”. și l-a postat pe serverul arXiv preprint. Autorul principal este Parameswaran Ajith, fizician/astrofizician de la Centrul Internațional pentru Științe Teoretice, Institutul Tata de Cercetare Fundamentală, Bangalore, India. Ajith este, de asemenea, membru al Colaborării științifice LIGO.

Un observator de unde gravitaționale (GWO) pe Lună ar acoperi o lacună în acoperirea frecvenței.

„Dinând cont de dimensiunea Lunii și zgomotul așteptat produs de fondul seismic lunar, LGWA ar fi capabil să observe GW-uri de la aproximativ 1 mHz la 1 Hz", scriu autorii. „Acest lucru ar face din LGWA verigă lipsă între detectorii transportați în spațiu precum LISA cu sensibilități de vârf în jurul a câțiva miliherți și viitorii detectoare terestre propuse, cum ar fi Telescopul Einstein sau Cosmic Explorer.”

Dacă ar fi construit, LGWA ar consta. a unei serii de detectoare la scară planetară. Condițiile unice ale lunii vor permite LGWA să deschidă o fereastră mai mare în știința undelor gravitaționale. Luna are o activitate seismică de fundal extrem de scăzută, pe care autorii o descriu drept „tăcere seismică.” Lipsa zgomotului de fond va permite detectări mai sensibile.

Luna are, de asemenea, temperaturi extrem de scăzute în interiorul regiunilor sale permanent umbrite (PSR). .) Detectoarele trebuie să fie super-răcite, iar temperaturile scăzute din PSR-uri fac această sarcină mai ușoară. LGWA ar consta din patru detectoare într-un crater PSR la unul dintre polii lunari.

LGWA este un. Idee ambițioasă cu un beneficiu științific care poate schimba jocul Atunci când este combinată cu telescoape care observă pe tot spectrul electromagnetic și cu detectoare de neutrini și raze cosmice – numite astronomie cu mai mulți mesageri – ar putea avansa înțelegerea unei întregi game de evenimente cosmice.

LGWA va avea unele capacități unice pentru detectarea exploziilor cosmice „Doar LGWA poate observa evenimente astrofizice care implică WD (pitici albe) precum evenimentele de perturbare a mareelor ​​(TDE) și SNe Ia”, subliniază, de asemenea, autorii că doar LGWA va putea avertiza astronomii cu săptămâni sau chiar luni înainte de fuziunea binarelor compacte cu masa solară, inclusiv stelele neutronice.

LGWA va fi, de asemenea, capabil să detecteze găuri negre cu masă intermediară (IMBH) mai ușoare în universul timpuriu. IMBH-urile au jucat un rol în formarea găurilor negre supermasive (SMBH) de astăzi din inima galaxiilor precum a noastră. Astrofizicienii au o mulțime de întrebări fără răspuns cu privire la găurile negre și la modul în care au evoluat acestea, iar LGWA ar trebui să ajute să răspundă la unele dintre ele.

Fuziunile Double White Dwarf (DWD) în afara galaxiei noastre sunt un alt lucru pe care LGWA singur. va putea simți. Ele pot fi folosite pentru a măsura constanta Hubble. De-a lungul deceniilor, oamenii de știință au obținut măsurători mai rafinate ale constantei Hubble, dar există încă discrepanțe.

LGWA ne va spune și mai multe despre lună. Observațiile sale seismice vor dezvălui structura internă a lunii mai detaliat decât oricând. Există mulți oameni de știință care încă nu știu despre formarea, istoria și evoluția sa. Observațiile seismice ale LGWA vor lumina și procesele geologice ale Lunii.

Misiunea LGWA este încă în curs de dezvoltare. Înainte de a putea fi implementat, oamenii de știință trebuie să știe mai multe despre locul în care intenționează să-l plaseze. Aici intervine misiunea preliminară Soundcheck.

În 2023, ESA a selectat Soundcheck în Rezervația sa de activități științifice pentru Lună. Soundcheck nu va măsura doar deplasarea suprafeței seismice, fluctuațiile magnetice și temperatura, ci va fi și o misiune demonstrativă de tehnologie. „Validarea tehnologiei Soundcheck se concentrează pe implementare, mecanica și citirea senzorului inerțial, managementul termic și nivelarea platformei”, explică autorii.

În astronomie, astrofizică, cosmologie și eforturile științifice conexe, se pare că noi întotdeauna Suntem la prăpastie de noi descoperiri și o nouă înțelegere a universului și a modului în care ne încadram în el. Motivul pentru care pare mereu așa este pentru că este adevărat. Oamenii devin din ce în ce mai buni la asta, iar apariția și înflorirea științei GW exemplifica acest lucru, deși abia am început. Nu a trecut nici măcar un deceniu de când oamenii de știință au detectat primul lor GW.

Unde vor merge lucrurile de aici?

„În ciuda acestei foi de parcurs bine dezvoltate pentru știința GW, este important să ne dăm seama că explorarea universului nostru prin intermediul GW-urilor este încă la început”, scriu autorii în lucrarea lor. „Pe lângă impactul imens așteptat asupra astrofizicii și cosmologiei, acest domeniu are o mare probabilitate pentru descoperiri neașteptate și fundamentale.”

(Fluierul)