آشنایی با LISA؛ فضاپیمای لیزری که ما را به دنیای پنهان کیهان می‌برد

LISA قرار است درک ما از دنیای گرانشی را متحول کند و تعاملاتی را که عالم کیهان را به حرکت درمی‌آورد، برای ما آشکار سازد.

کد خبر: ۸۴۹۸۴۴

تاریخ: ۲۱ بهمن ۱۴۰۳ - ۱۵:۲۸

به گزارش انتخاب؛ LISA  یک رصدخانه امواج گرانشی 1.6 میلیارد دلاری، قرار است در دهه آینده به فضا پرتاب شود. این پروژه دیدگاه ما را نسبت به امواج گرانشی تغییر خواهد داد.

از دانشمندان پرسیده‌ایم LISA قرار است چه اطلاعاتی جمع‌آوری کند؟ این داده‌ها چه بینشی در اختیارمان می‌گذارند و چگونه درک ما از جهان، از منابع امواج گرانشی تا نقش این امواج در شکل دادن به کیهان، را دگرگون خواهند کرد؟

LISA: ساده اما دقیق

LISA، مخفف Laser Interferometer Space Antenna*، از سه فضاپیمای جداگانه تشکیل شده که در آرایشی مثلثی و ثابت به دور خورشید در حال چرخش هستند. LISA یک "اینترفرومتر" است؛ یعنی امواج گرانشی را از طریق فناوری لیزری بسیار پیشرفته شناسایی می‌کند. این کار با اندازه‌گیری فاصله بین سه جرم فلزی انجام می‌شود – فاصله‌ای که با لیزرهایی به طول 5 میلیون مایل (8 میلیون کیلومتر) سنجیده می‌شود و هر بازوی مثلث LISA حدود 1.6 میلیون مایل (2.5 میلیون کیلومتر) را شامل می‌شود.

لیزرها فقط بخشی از طراحی پیچیده LISA هستند؛ آن‌ها به عنوان ابزار اندازه‌گیری فاصله بین سه مکعب فلزی عمل می‌کنند. این مکعب‌ها از آلیاژ طلا-پلاتین ساخته شده‌اند تا اثر مغناطیسی‌های خارجی روی آن‌ها به حداقل برسد. هدف این است که LISA همراه با این مکعب‌ها در فضایی مطلقاً بدون هیچ‌گونه نیروی خارجی حرکت کند و تنها امواج گرانشی و کشش‌های ناشی از فضا-زمان روی آن‌ها اثر بگذارند.

دکتر ساویک فورد، اخترفیزیک‌دان از موزه تاریخ طبیعی آمریکا، توضیح می‌دهد: "ایده اصلی این است که این مکعب‌ها را در فضا قرار دهیم، و آن‌ها هیچ نیروی خارجی را احساس نکنند، فقط حضور در فضا-زمان را تجربه کنند. و همین بخش آخر، دقیقاً کار سخت ما است."

او اضافه می‌کند: "شما باید فضاپیما را تنظیم کنید تا در حرکت همراه با این مکعب‌ها باقی بماند؛ زیرا اگر فضاپیما از مسیر خارج شود و به مکعب‌ها برخورد کند، همه‌چیز خراب خواهد شد."

کارهای فنی مورد نیاز برای این پروژه بسیار دقیق و پیچیده هستند. جیک پستگیلیونه، یکی از دانشجویان ساویک، شبیه‌سازی جالبی ارائه می‌دهد و می‌گوید: "چالش ما شبیه تلاش برای شلیک یک لیزر از نیویورک به لس‌آنجلس است – اگر زمین صاف بود – و زدن چشم یک مگس میوه در حال حرکت. آن‌هم زمانی که هم لیزر، هم مگس، در حال تغییر مکان باشند!"

به گفته فورد: "این چالش مهندسی واقعاً شگفت‌آور است و خوشبختانه حوزه تخصص من نیست."
در این پروژه، ناسا وظیفه طراحی بخش‌های مختلفی از تجهیزات LISA مثل سیستم لیزری و تلسکوپ‌ها را برعهده دارد.

چرا باید در فضا باشیم؟

رصدخانه‌های امواج گرانشی بر اساس فرکانس اجرامی که می‌توانند تشخیص دهند، تقسیم‌بندی می‌شوند. رصدخانه‌های زمینی – مانند همکاری‌های LIGO، Virgo و KAGRA – مناسب شناسایی فرکانس‌های بالا هستند که معمولاً مربوط به اجرامی کوچک‌تر مثل سیاه‌چاله‌های به اندازه ستاره‌ها می‌شود. اما وقتی این اجرام جرم بیشتری پیدا می‌کنند – مثلاً بیش از 200 برابر خورشید – فرکانس آن‌ها در حد نویزهای ناشی از زمین قرار می‌گیرد.

"روی زمین یک مرز وجود دارد. نویز کره زمین آن‌قدر زیاد است که خودش مشکل اصلی می‌شود،" فورد توضیح می‌دهد. "برای حل این مشکل، هیچ راهی جز رفتن به فضا وجود ندارد."

تجهیزات زمینی تنها می‌توانند محدوده خاصی از امواج را شناسایی کنند. همین‌جاست که LISA نقش کلیدی خود را ایفا می‌کند و قادر است امواج گرانشی با فرکانس پایین – مثل حاصل از ادغام سیاه‌چاله‌های بسیار بزرگ – را شناسایی کند.

تماشای امواج گرانشی و کشف اسرار کیهان

مشاهدات LISA امکان مطالعه امواج گرانشی را فراهم می‌کند که از ادغام سیاه‌چاله‌های عظیم و پدیده‌های کیهانی دیگر ناشی می‌شوند. این امواج، اطلاعات بنیادی از نحوه شکل‌گیری ستارگان، کهکشان‌ها و عناصر سازنده کیهان را در اختیار ما می‌گذارند.

سیاه‌چاله‌ها علاوه بر تأثیری که بر تکامل کهکشان‌ها دارند، ممکن است در شکل‌گیری نوع و تعداد ستارگان نیز نقش داشته باشند. آن‌ها گاهی "بی‌نظم" تغذیه می‌کنند و ماده‌های ستاره‌ای را به اطراف پرتاب می‌کنند که می‌تواند بر رفتار کیهان اطرافشان تأثیر بگذارد.

به عنوان مثال، مشاهدات اخیر تلسکوپ فضایی جیمز وب از "نقاط قرمز کوچک" شواهدی از سیاه‌چاله‌هایی را کشف کرده که در تاریخ اولیه کیهان وجود داشته‌اند. چگونه این سیاه‌چاله‌ها در چنان زمانی کوتاه به وجود آمده‌اند، هنوز معمای بزرگی است که به احتمال زیاد، داده‌های LISA به روشن شدن آن کمک خواهند کرد.

LISA همچنین فرصت‌های تازه‌ای برای آزمایش نظریه‌هایی مثل نسبیت عام اینشتین فراهم می‌کند و به دقت بالای این پیش‌بینی‌ها می‌افزاید.  این پروژه با فراهم کردن داده‌های واقعی از جهان، نگاه ما به هستی و اسرار بنیادین آن را بیش از پیش روشن خواهد کرد.

در حالی که هنوز یک دهه تا پرتاب LISA باقی مانده است، دانشمندان با شبیه‌سازی داده‌ها در حال آماده‌سازی برای ورود به دوره‌ای تازه از کشف و جستجوی کیهان هستند. LISA، گامی بزرگ به سوی درک عمیق‌تر از اسرار نهفته کیهان است و می‌تواند برخی از مهم‌ترین رازهای عالم را برای ما آشکار سازد.