ESA schválila misi LISA, podílet se na ní budou i čeští vědci!
Autor: ESA
Evropská kosmická agentura (ESA) minulý čtvrtek 25. ledna schválila tzv. adopci mise LISA (Laser Interferometer Space Antenna), jejímž cílem bude detekce a výzkum gravitačních vln z kosmického prostoru. Jedná se tak o vůbec první vědeckou sondu v historii, která se o to pokusí. ESA tuto misi s rozpočtem 1,75 miliardy euro nyní posunula na další úroveň. Schválením adopce se vývoj LISA dostává do fáze, během níž bude probíhat realizace samotného projektu. Start observatoře je zatím plánován na rok 2035. Do kosmu ji vynese nosná raketa Ariane 6, která má nahradit legendární Ariane 5.
Gravitační vlny
Jak již bylo zmíněno, LISA se vydá prozkoumat gravitační vlny. Ty vznikají pohybem hmoty v gravitačním poli. Mezi známé zdroje patří binární hmotné černé díry a neutronové hvězdy těsně předtím, než se společně srazí. Vlny ale mohou vznikat i rotací neutronové hvězdy, jejíž tvar není dokonalou koulí, a nesymetrickou explozí supernovy.
Gravitační vlny předpověděl v roce 1916 známý fyzik Albert Einstein v jeho obecné teorii relativity. O téměř jedno století později, dne 14. září 2015, byl americkým systémem LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) pořízen vůbec první přímý důkaz existence gravitačních vln. Tato detekce otevřela novou éru v pozorování a zkoumání vesmíru.
Gravitační vlny se šíří rychlostí světla a ohýbají časoprostor, představují v něm malé záhyby. Podobně jako elektromagnetické záření, mají i své spektrum. Pozemní observatoře, například LIGO (USA) a VIRGO (Itálie), jsou schopny zachytit vlnění o frekvenci zhruba 1-100 Hz, průchod vln tedy trvá několik milisekund až jednu sekundu. Na to, abychom mohli zaznamenat i slabší gravitační vlny, tvořené například supermasivními černými dírami v centrech vzdálených galaxií, potřebujeme detektory o velikostech několika milionů kilometrů. Proto na svět přichází mise LISA.
Autor: ESA
LASER Interferometer Space Antenna - LISA
Observatoř LISA byla původně společným projektem Evropské kosmické agentury (ESA) a Národního úřadu pro letectví a vesmír, zkráceně NASA. NASA však v roce 2011 oznámila, že v partnerství nebude schopna pokračovat z důvodu nedostatku financí. O dva roky později ESA zvolila jako jedno z hlavních témat největších misí 30. let 21. století “The Gravitational Universe”. V roce 2017 se LISA stala jednou z primárních výzkumných misí ESA a nedávno, konkrétně ve čtvrtek 25. ledna 2024, byla formálně přijata, což značí, že technologie jsou dostatečně pokročilé na realizaci a konstrukci sondy.
Významným krokem ke schválení adopce LISA byla testovací mise LISA Pathfinder, v překladu Průkopník LISA, která odstartovala v roce 2015. Jejím úkolem bylo vyzkoušet a demonstrovat technologie potřebné pro detekci gravitačních vln v kosmickém prostoru. Mimo jiné otestovala tzv. koloidní mikrotrysky sloužící pro udržení přesné polohy v prostoru. Výsledky měření byly až 10× lepší, než byl minimální požadavek.
Vůbec první kosmickou past na gravitační vlny budou tvořit celkem tři družice umístěné do rovnostranného trojúhelníku, jehož strany budou měřit přes 2,5 milionu kilometrů, tedy 6× více než vzdálenost Měsíce od Země. Satelity budou mezi sebou vysílat velmi přesné lasery a sledovat jejich fáze, které se kvůli průletu vlny budou nepatrně měnit. Gravitační vlna totiž ohne časoprostor, a změní tak vzdálenost mezi jednotlivými družicemi. To se právě projeví na fázi vysílaných paprsků.
Na podobném principu pracují i pozemské detektory jako například LIGO (USA) a VIRGO (Itálie). Ty jsou ale velikostně velmi omezené, jejich ramena měří v řádech jednotek kilometrů. V kosmickém prostoru však lze nastražit past značně větší. Se špičkovými technologiemi a rameny o velikosti 2,5 milionu kilometrů, kterými bude LISA disponovat, budeme schopni detekovat vlny s výrazně nižšími frekvencemi, jež vznikají například při srážkách supermasivních černých děr v jádrech galaxií vzdálených několik miliard světelných let od nás. Data budou také poskytovat údaje o vzdálenostech těchto událostí a dokonce i o jejich umístění. Díky tomu budou vědci moci zkoumat původ masivních černých děr a roli, již hrají v galaktické evoluci. Protože gravitační vlny nesou informace o vzdálenostech objektů, kterými byly vyslány, budou pozorování z LISA i jakousi “oporou” při měření změny rychlosti rozpínání vesmíru během expanze, které mimo jiné provádí dalekohled Euclid.
Česká republika je významnou součástí
Na každé družici bude umístěno celkem 12 laserů a záložní jednotka pro případ, že hlavní laser selže. Mezi těmito systémy bude možné přepínat pomocí tzv. Fibre Switching Unit Assembly (FSUA). Právě toto nezbytné zařízení bude vyvíjeno českými vědci z Astronomického ústavu, Fyzikálního ústavu, Ústavu fyziky atmosféry a Ústavu termomechaniky. Česká republika je tak nedílnou součástí tohoto projektu.
Autor: Jan Ebr, Fyzikální ústav AV ČR
„Jsme velice rádi, že v posledních letech se Česká republika stále výrazněji zapojuje do výzkumu gravitačních vln. Zapojení do špičkového vesmírného projektu je tak pro nás velmi důležité a to, že nám byla svěřena výroba klíčového komponentu pro sondy LISA, je velmi dobrou vizitkou kvality české vědy,“ říká ředitel Fyzikálního ústavu AV ČR Michael Prouza.
Zdroje a doporučené odkazy:
[1] esa.int
[2] phys.org
[3] avcr.cz
[4] aldebaran.cz
[5] en.wikipedia.org
O autorovi
Adam Denko
Adam Denko se narodil v roce 2007 v Praze a nyní studuje na osmiletém gymnáziu v Berouně. Volný čas tráví především astronomií a astrofotografií, která ho upoutala již ve 13 letech. Za každé jasné noci sbírá fotony ze vzdálených kosmických objektů. Snímky následně vkládá na webové stránky, čímž ostatním ukazuje, jak fascinující vesmír vskutku je. Svůj oblíbený vědní obor se snaží popularizovat pomocí sociálních sítí a psaním článků na web a Instagram ČAS. Je zakladatelem Discord serveru AstroConnect, jenž si klade za cíl propojit mladé zájemce o astronomii z České a Slovenské republiky. Laureát Ceny Jindřicha Zemana za astrofotografii 2022 junior.
