Zašto je Mjesec idealno mjesto za opservatorij gravitacijskih valova

Gravitacijski valovi, predviđeni već desetljećima, prvi su puta detektirani 2015. godine. Otada, znanstvena zajednica prepoznaje sve veću potrebu za naprednijim detektorima. Budući da Zemlja svojom toplinom i seizmičkom bukom prirodno ograničava učinkovitost takvih uređaja, postavlja se pitanje: bi li Mjesec mogao biti bolje mjesto za takav opservatorij? Kako prenosi Universe Today, uspjesi svemirskih teleskopa sugeriraju da bi sličan pristup mogao biti koristan i za detektiranje gravitacijskih valova, premda bi projekt bio iznimno zahtjevan.

Fokus moderne astronomije uglavnom je usmjeren na svjetlost i njezino precizno detektiranje, što omogućuje dublje razumijevanje kosmosa. Svemirski teleskopi poput Hubblea i JWST-a smješteni su izvan Zemljine atmosfere kako bi izbjegli distorziju slika i blokiranje infracrvenog zračenja. Slično tome, gravitacijski valovi iako nisu oblik svjetlosti, zahtijevaju visoku razinu osjetljivosti za detekciju, a Zemljina atmosfera i seizmička aktivnost često predstavljaju smetnje. Stoga Mjesec, sa svojom znatno manjom seizmičkom aktivnošću, nudi potencijal kao idealna lokacija.

Znanstvenici su još od Apollo misija znali za mjesečevu seizmičku aktivnost koja je primarno uzrokovana plimnim silama i udarcima malih meteorita, a koja je slabija i događa se na većim dubinama nego na Zemlji. Ova saznanja su motivirala razvoj projekta Lunar Gravitational-wave Antenna ili LGWA. U sklopu projekta, nedavno je objavljen znanstveni rad dostupan na otvorenom serveru arXiv, čiji je glavni autor Parameswaran Ajith, fizičar i astrofizičar iz Međunarodnog centra za teorijsku znanost, povezanog s Tata Institutom za temeljna istraživanja u Bangaloreu, Indija. Ajith je također član suradnje LIGO.

Opservatorij gravitacijskih valova na Mjesecu

Uvođenje opservatorija gravitacijskih valova na Mjesecu omogućilo bi pokrivanje frekvencijskog spektra koji trenutno nije dostupan s Zemlje. “Zahvaljujući mjesečevoj veličini i niskoj razini buke uzrokovane seizmičkom aktivnošću, LGWA bi mogao detektirati gravitacijske valove u rasponu od približno 1 mHz do 1 Hz,” pojasnili su autori. Ovaj opservatorij bi tako postao ključni element poveznice između svemirskih detektora poput LISA-e, koji imaju vrhunske osjetljivosti u području nekoliko milihertza, i budućih zemaljskih detektora poput Einsteinovog teleskopa ili Cosmic Explorera. Ako bude realiziran, LGWA bi obuhvatio planetarno veliku mrežu detektora, a izuzetni uvjeti na Mjesecu omogućili bi značajno proširenje mogućnosti istraživanja gravitacijskih valova. Zbog ‘seizmičke tišine’ Mjeseca, što je izraz koji autori koriste za opisivanje njegove iznimno niske pozadinske buke, mogla bi se postići veća osjetljivost detekcija. Također, niske temperature u stalno zasjenjenim regijama Mjeseca olakšavaju hlađenje detektora, a planirano je da LGWA uključuje četiri detektora smještena u krateru na jednom od lunarnih polova.

LGWA predstavlja ambiciozan projekt s potencijalom da značajno promijeni paradigmu u znanstvenim istraživanjima. Integracijom s teleskopima koji pokrivaju cijeli elektromagnetski spektar, zajedno s detektorima neutrina i kozmičkih zraka u pristupu multi-messenger astronomije, LGWA bi mogao značajno doprinijeti našem razumijevanju kozmičkih događaja. Autorski tim također ističe da bi LGWA ,mogao imati jedinstvenu sposobnost detektiranja kozmičkih eksplozija: “Samo LGWA može promatrati astrofizičke događaje koji uključuju bijele patuljke, kao što su Događaji plimnog poremećaja (Tidal Disruption Events) i supernove tipa Ia,” naglašavaju autori. Osim toga, LGWA bi mogao pružiti astronomima unaprijedna upozorenja, tjednima ili čak mjesecima prije spajanja kompaktnih binarnih sustava, uključujući neutronske zvijezde. LGWA bi također mogao detektirati lakše binarne sustave crnih rupa srednje mase u ranom svemiru, koji su imali ključnu ulogu u formiranju današnjih supermasivnih crnih rupa u središtima galaksija poput naše. Postoje brojna neodgovorena pitanja o crnim rupama i njihovom evolicijskom putu, a LGWA bi mogao pridonijeti rasvjetljavanju nekih od njih.

Što još može LGWA?

Dvostruka spajanja bijelih patuljaka izvan naše galaksije predstavljaju još jedan fenomen koji samo LGWA može detektirati. Ta spajanja mogu se koristiti za mjerenje Hubbleove konstante, čime se rješavaju dugogodišnje nesuglasice u dosadašnjim mjerenjima. LGWA bi također pružio nove uvide o Mjesecu, otkrivajući detalje o njegovoj unutarnjoj strukturi kao nikada prije. Postoji mnogo toga što znanstvenici još uvijek ne znaju o njegovom nastanku, povijesti i evoluciji. Seizmička promatranja LGWA-e bi također osvijetlila geološke procese na Mjesecu.

Projekt LGWA još je u fazi razvoja. Prije nego što se može provesti, potrebno je više saznanja o lokaciji na kojoj bi se opservatorij postavio. U tu svrhu planirana je preliminarna misija Soundcheck. Europska svemirska agencija (ESA) uvrstila je 2023. godine misiju Soundcheck u svoj Rezervni fond znanstvenih aktivnosti za Mjesec. Soundcheck će mjeriti seizmičko pomicanje površine, magnetske fluktuacije i temperaturu, ali će isto tako služiti kao misija demonstracije tehnologije. “Fokus tehnološke validacije Soundchecka usmjeren je na implementaciju, mehaniku i očitanje inercijskih senzora, upravljanje temperaturom i niveliranje platforme,” pojašnjavaju autori.

U područjima astronomije, astrofizike, kozmologije i srodnih znanosti, često se čini kao da smo na pragu revolucionarnih otkrića i dubljeg razumijevanja svemira te naše uloge u njemu. To doživljavamo zato što je zaista tako: sve smo uspješniji u razotkrivanju tajni svemira, što je posebno vidljivo u napretku znanosti o gravitacijskim valovima. Iako smo na samom početku ove avanture, već imamo dobro razvijen plan za buduća istraživanja. “Istraživanje svemira kroz gravitacijske valove još je uvijek u svojim početcima,” napominju autori znanstvenog rada. “Očekujemo da će ovo područje imati veliki utjecaj na astrofiziku i kozmologiju, nudeći prilike za otkrića koja bi mogla biti temeljita i potpuno neočekivana.”