Misi Laser Interferometer Space Antenna (LISA) ESA akan menjadi observatorium berbasis ruang angkasa pertama yang didedikasikan untuk mendeteksi riak di struktur ruang-waktu. Riak-riak ini, yang kita sebut gelombang gravitasi, dipancarkan selama beberapa peristiwa paling dahsyat di alam semesta, misalnya saat lubang hitam bertabrakan. Kredit: ESA
Persetujuan ESA terhadap misi LISA menandai kemajuan signifikan dalam ilmu luar angkasa, yang bertujuan untuk mendeteksi gelombang gravitasi dengan trio pesawat luar angkasa. Diluncurkan pada tahun 2035, penelitian ini akan menawarkan wawasan baru mengenai peristiwa kosmik dan perluasan alam semesta.
Komite Program Sains ESA telah menyetujui misi Laser Interferometer Space Antenna (LISA), upaya ilmiah pertama untuk mendeteksi dan mempelajari gelombang gravitasi dari luar angkasa.
Langkah penting ini, yang secara formal disebut ‘adopsi’, mengakui bahwa konsep misi dan teknologi sudah cukup maju, dan memberikan lampu hijau untuk membangun instrumen dan pesawat ruang angkasa. Pekerjaan ini akan dimulai pada Januari 2025 setelah kontraktor industri Eropa terpilih.
LISA bukan hanya satu pesawat ruang angkasa tetapi konstelasi tiga pesawat ruang angkasa. Mereka akan mengikuti Bumi dalam orbitnya mengelilingi Matahari, membentuk segitiga sama sisi yang sangat akurat di ruang angkasa. Setiap sisi segitiga akan memiliki panjang 2,5 juta km (lebih dari enam kali jarak Bumi-Bulan), dan pesawat ruang angkasa akan bertukar sinar laser pada jarak ini. Peluncuran ketiga pesawat luar angkasa tersebut direncanakan pada tahun 2035, dengan roket Ariane 6.
Dipimpin oleh ESA, LISA terwujud berkat kolaborasi antara ESA, badan antariksa Negara Anggotanya, NASAdan konsorsium ilmuwan internasional (konsorsium LISA).
Misi ESA, LISA, akan menangkap dan mempelajari riak-riak di struktur ruang-waktu. Riak-riak ini, yang kita sebut gelombang gravitasi, dipancarkan selama beberapa peristiwa paling dahsyat di Alam Semesta. Contoh sistem yang menciptakan gelombang gravitasi adalah sepasang lubang hitam yang mengorbit satu sama lain dan menuju tumbukan. Percepatan massa mereka yang sangat besar mengguncang struktur ruang-waktu dan menciptakan riak. Kredit: ESA/ATG Medialab
Membawa ‘Suara’ ke Film Kosmik
Lebih dari satu abad yang lalu, Einstein membuat prediksi revolusioner bahwa ketika benda-benda besar berakselerasi, mereka akan mengguncang struktur ruang-waktu, menghasilkan riak-riak sangat kecil yang dikenal sebagai gelombang gravitasi. Berkat perkembangan teknologi modern, kami kini dapat mendeteksi sinyal yang paling sulit dipahami ini.
“LISA merupakan upaya yang belum pernah dicoba sebelumnya. Dengan menggunakan sinar laser pada jarak beberapa kilometer, instrumentasi berbasis darat dapat mendeteksi gelombang gravitasi yang berasal dari peristiwa yang melibatkan objek berukuran bintang – seperti ledakan supernova atau penggabungan bintang yang sangat padat dan lubang hitam bermassa bintang. Untuk memperluas batasan studi gravitasi kita harus pergi ke luar angkasa,” jelas ilmuwan utama proyek LISA, Nora Lützgendorf.
“Berkat jarak yang sangat jauh yang ditempuh oleh sinyal laser di LISA, dan stabilitas instrumentasinya yang luar biasa, kami akan menyelidiki gelombang gravitasi dengan frekuensi lebih rendah daripada yang mungkin dilakukan di Bumi, mengungkap peristiwa dengan skala berbeda, sejak awal mula. waktu.”
Gelombang gravitasi adalah riak dalam ruang-waktu yang dihasilkan oleh percepatan benda-benda yang sangat masif, seperti lubang hitam yang berkumpul dan menyatu. Berbagai objek di luar angkasa menghasilkan gelombang gravitasi dengan skala waktu berbeda, mulai dari milidetik hingga miliaran tahun. Beberapa gelombang ini hanya dapat diamati dari luar angkasa. Kredit: ESA
LISA akan mendeteksi, di seluruh alam semesta, riak-riak di ruang-waktu yang disebabkan oleh tabrakan lubang hitam besar di pusat galaksi. Hal ini akan memungkinkan para ilmuwan untuk melacak asal usul objek-objek mengerikan ini, untuk memetakan bagaimana mereka tumbuh menjadi jutaan kali lebih besar dari Matahari dan untuk menentukan peran mereka dalam evolusi galaksi.
Misi ini siap untuk menangkap prediksi ‘dering’ gravitasi dari momen-momen awal alam semesta kita dan memberikan pandangan sekilas ke detik-detik pertama setelahnya. Dentuman Besar. Selain itu, karena gelombang gravitasi membawa informasi jarak objek yang memancarkannya, LISA akan membantu peneliti mengukur perubahan perluasan Alam Semesta dengan jenis tolok ukur yang berbeda dari teknik yang digunakan oleh Euclid dan survei lainnya, sehingga memvalidasi hasilnya.
Lebih dekat ke galaksi kita, LISA akan mendeteksi banyak pasangan objek padat yang menyatu seperti katai putih atau bintang neutron dan memberi kita wawasan unik tentang tahap akhir evolusi sistem ini. Dengan menunjukkan dengan tepat posisi dan jaraknya, LISA akan memperluas pemahaman kita tentang strukturnya Bima Saktiberdasarkan temuan misi Gaia ESA.
“Selama berabad-abad kita telah mempelajari kosmos dengan menangkap cahaya. Menggabungkan hal ini dengan deteksi gelombang gravitasi membawa dimensi baru pada persepsi kita tentang Alam Semesta,” kata ilmuwan proyek LISA, Oliver Jennrich.
“Jika kita membayangkan bahwa, sejauh ini, dengan misi astrofisika, kita mengamati kosmos seperti film bisu, maka menangkap riak ruang-waktu dengan LISA akan menjadi terobosan nyata, seperti ketika suara ditambahkan ke film.”
Pada tahun 2015, LISA Pathfinder menguji teknologi penting untuk misi LISA mendatang. Inti dari demonstrasi teknologi ini adalah dua kubus paduan emas-platinum padat. Setiap kubus merupakan massa uji dengan panjang sisi 4,6 cm dan berat 1,96 kg. Salah satu kubus tersebut digambarkan di sini. Tiga pesawat ruang angkasa misi LISA masing-masing akan menampung dua massa uji coba ini. Mereka mengambang bebas dan terkandung dalam ‘rumah elektroda’. Gelombang gravitasi dapat ditemukan ketika jarak antar kubus di pesawat ruang angkasa yang berbeda berubah. LISA akan melacak perubahan ini dengan bertukar sinar laser antara sepasang pesawat ruang angkasa yang berdekatan. Kredit: ESA
Kubus Emas dan Sinar Laser
Untuk mendeteksi gelombang gravitasi, LISA akan menggunakan pasangan kubus emas-platinum padat – yang disebut massa uji (sedikit lebih kecil dari kubus Rubik), mengambang bebas di wadah khusus di jantung setiap pesawat ruang angkasa. Gelombang gravitasi akan menyebabkan perubahan kecil pada jarak antar massa di pesawat ruang angkasa yang berbeda, dan misi akan melacak variasi ini menggunakan laser interferometri.
Teknik ini memerlukan penembakan sinar laser dari satu pesawat ruang angkasa ke pesawat ruang angkasa lainnya dan kemudian melapiskan sinyalnya untuk menentukan perubahan jarak massa hingga beberapa miliar milimeter.
Pesawat ruang angkasa harus dirancang untuk memastikan bahwa tidak ada apa pun, selain geometri ruangwaktu itu sendiri, yang mempengaruhi pergerakan massa yang sedang terjun bebas.
Warisan yang Solid dan Kerja Sama Tim di Masa Depan
Pesawat luar angkasa ini mengikuti jejak LISA Pathfinder, yang menunjukkan bahwa massa uji dapat dipertahankan dalam keadaan terjun bebas hingga tingkat presisi yang mencengangkan. Sistem propulsi presisi yang sama yang juga telah diterbangkan pada misi Gaia dan Euclid ESA akan memastikan bahwa setiap pesawat ruang angkasa mempertahankan posisi dan orientasi yang diperlukan dengan tingkat tertinggi. ketepatan.
Terpilih menjadi misi besar ketiga dari Visi Kosmik ESA 2015–2025, LISA akan bergabung dengan armada sains pengamat kosmik ESA untuk menjawab dua pertanyaan penting yang menjadi inti program ini: Apa hukum fisika dasar Alam Semesta? Bagaimana asal usul alam semesta dan terbuat dari apa?
Dalam misi ini, LISA akan bekerja sama dengan misi besar ESA lainnya yang sedang dipelajari: NewAthena. Dengan tanggal peluncuran yang diperkirakan pada tahun 2037, NewAthena ditetapkan menjadi observatorium sinar-X terbesar yang pernah dibangun.
ESA memimpin misi LISA dan akan menyediakan pesawat ruang angkasa, peluncuran, operasi misi, dan penanganan data. Elemen-elemen penting yang berperan adalah massa uji yang jatuh bebas dan terlindung dari kekuatan eksternal, yang disediakan oleh Italia dan Swiss; sistem akurasi pikometer untuk mendeteksi sinyal interferometri, yang disediakan oleh Jerman, Inggris, Perancis, Belanda, Belgia, Polandia, dan Republik Ceko; dan Subsistem Diagnostik Sains (gudang sensor di seluruh pesawat ruang angkasa), yang disediakan oleh Spanyol. Laser ultra-stabil, teleskop 30 cm untuk mengumpulkan cahayanya, dan sumber sinar UV (untuk melepaskan massa uji) akan disediakan oleh NASA.
