Sứ mệnh LISA: Máy dò sóng hấp dẫn trên không gian được ESA tiếp tục phát triển 

Dự án Ăng-ten Không gian Giao thoa Laser (LISA) đã nhận được sự chấp thuận của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA). Điều này mở đường cho việc phát triển các thiết bị và tàu vũ trụ bắt đầu từ tháng 1 năm 2025. Dự án do ESA dẫn đầu và là kết quả của sự hợp tác giữa ESA, các cơ quan vũ trụ quốc gia thành viên , NASA và một nhóm các nhà khoa học quốc tế.

Dự kiến ​​được phóng vào năm 2035, LISA sẽ là đài quan sát sóng hấp dẫn đặt trong không gian đầu tiên chuyên dụng để phát hiện và nghiên cứu các gợn sóng milihertz gây ra bởi sự biến dạng trong cấu trúc không thời gian ( sóng hấp dẫn ) trên khắp vũ trụ.

Không giống như các máy dò sóng hấp dẫn đặt trên mặt đất (LIGO, VIRGO, KAGRA và LIGO Ấn Độ) phát hiện sóng hấp dẫn trong dải tần từ 10 Hz đến 1000 Hz, LISA sẽ được thiết kế để phát hiện sóng hấp dẫn có bước sóng dài hơn nhiều trong dải tần thấp từ 0.1 mHz đến 1 Hz.

Sóng hấp dẫn (GW) tần số cực thấp (10⁻⁹ ^– 10⁻⁸ ^Hz ) với bước sóng từ vài tuần đến vài năm từ các lỗ đen nhị phân siêu khối lượng có thể được phát hiện bằng cách sử dụng các mảng định thời xung (PTA ) đặt trên mặt đất . Tuy nhiên, sóng hấp dẫn (GW) tần số thấp với tần số từ 0.1 mHz đến 1 Hz không thể được phát hiện bởi LIGO cũng như bởi các mảng định thời xung (PTA) – bước sóng của các GW này quá dài đối với LIGO và quá ngắn đối với PTA để phát hiện. Do đó, cần có máy dò GW đặt trong không gian.

LISA sẽ là một chòm sao gồm ba tàu vũ trụ được sắp xếp thành hình tam giác đều chính xác trong không gian. Mỗi cạnh của tam giác sẽ dài 2.5 triệu km. Hệ thống ba tàu vũ trụ này sẽ quay quanh Mặt Trời theo quỹ đạo nhật tâm, bám sát Trái Đất , ở độ cao từ 50 đến 65 triệu km so với Trái Đất, đồng thời duy trì khoảng cách trung bình giữa các tàu vũ trụ là 2.5 triệu km. Cấu hình đặt trong không gian này biến LISA thành một thiết bị dò cực lớn để nghiên cứu sóng hấp dẫn tần số thấp mà các thiết bị dò đặt trên mặt đất không thể làm được.

Để phát hiện sóng hấp dẫn (GW), LISA sẽ sử dụng các cặp khối thử nghiệm (khối lập phương vàng-bạch kim đặc) trôi nổi tự do trong các buồng đặc biệt ở trung tâm mỗi tàu vũ trụ. Các gợn sóng hấp dẫn sẽ tạo ra những thay đổi cực kỳ nhỏ về khoảng cách giữa các khối thử nghiệm trong tàu vũ trụ, và những thay đổi này sẽ được đo bằng phương pháp giao thoa kế laser. Như đã được chứng minh bởi sứ mệnh LISA Pathfinder, công nghệ này có khả năng đo lường những thay đổi về khoảng cách với độ chính xác đến vài phần tỷ milimét.

LISA sẽ phát hiện sóng hấp dẫn gây ra bởi sự hợp nhất của các lỗ đen siêu khối lượng ở trung tâm các thiên hà, từ đó làm sáng tỏ quá trình tiến hóa của các thiên hà. Nhiệm vụ này cũng sẽ phát hiện hiện tượng "rung động" hấp dẫn được dự đoán hình thành trong những khoảnh khắc đầu tiên của vũ trụ, trong những giây đầu tiên sau vụ nổ Big Bang.

*** 

Tài liệu tham khảo:  

1. ESA. Tin tức -Nắm bắt những gợn sóng của không thời gian: LISA đi trước. Đăng vào ngày 25 tháng 2024 năm XNUMX. Có sẵn tại https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Capturing_the_ripples_of_spacetime_LISA_gets_go-ahead 

2. NASA. LISA. Có sẵn tại https://lisa.nasa.gov/ 

3. Pau Amaro-Seoane và cộng sự. 2017. Giao thoa kế Laser Không gian Anten. Bản in trước arXiv. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.1702.00786  

4. Baker và cộng sự. 2019. Giao thoa kế Laser Không gian Ăng-ten: Khám phá Bầu trời sóng hấp dẫn Millihertz. Bản in trước arXiv. DOI: https://doi.org/10.48550/arXiv.1907.06482 

*** 

***

***