Warum bauen sie eLISA und welche Auswirkungen hätte das?

Der Weltraum ist, wie Sie sagen, gut geeignet, um einen Großteil des Hintergrundrauschens zu entfernen, das die Daten von LIGO verdirbt – wie seismisches Rauschen, Störungen durch Verkehr und Protokollierungsaktivitäten, Menschen, die auf die Strahlrohre schießen usw. Aber ein weiterer wichtiger Grund, in den Weltraum zu gehen, ist so dass Sie im Grunde eine viel größere Version von LIGO erstellen können. LIGOs Arme sind 4 km lang; Die Arme von eLISA werden 1.000.000 km lang sein. Der Haupteffekt besteht darin, die betrachteten Frequenzen zu senken. Anstelle von LIGOs ~100 Hz betrachtet eLISA also ~0,01 Hz.

Nun ändert diese Frequenzänderung auch die Quellen, die Sie betrachten werden. LIGOs GW150914- Nachweis war ein Paar Schwarze Löcher, jedes mit einer Masse von etwa der 30-fachen Masse unserer Sonne und einer Spitzenfrequenz von knapp über 100 Hz. Aber wenn Sie ein schwereres Paar Schwarze Löcher haben, wird die Spitzenfrequenz proportional niedriger sein. Wenn Sie beispielsweise ein Paar Schwarze Löcher haben, die jeweils etwa das 300.000-fache der Masse unserer Sonne haben, liegt die Spitzenfrequenz knapp über 0,01 Hz. Daher wird eLISA nach dieser Art von Veranstaltung suchen. Es wird auch nach Verschmelzungen suchen, bei denen eines der Schwarzen Löcher eine so große Masse hat, das andere jedoch klein ist (diese werden als "Extreme-Mass-Ratio-Inspirals" bezeichnet).

Dieses Papier gibt einen gut lesbaren Überblick über all die verschiedenen erwarteten Quellen. Diese Ereignisse sind für LIGO normalerweise unsichtbar, da sie bei Frequenzen auftreten, die für LIGO zu niedrig sind, um sie zu sehen. Noch wichtiger ist, dass sie normalerweise auch für alle unsere anderen Sichtweisen auf das Universum unsichtbar sind. Wenn wir also diese Phänomene jemals verstehen wollen, brauchen wir so etwas wie eLISA.

Leider erwarten wir nicht wirklich irgendwelche kosmologischen Effekte in eLISA oder Hinweise auf dunkle Materie, dunkle Energie, kosmische Saiten usw. Aber man weiß nie, wenn man nicht hinschaut. Wenn es also neue Physik gibt, die wir noch nicht verstehen, kann eLISA uns das vielleicht sagen.

Mikes Antwort ist gut, aber es gibt noch mehr. Sie können es tatsächlich in dem Papier sehen, auf das er Sie verwiesen hat, es ist ein ausgezeichnetes Papier. Es beschreibt nicht nur die möglichen Quellen, sondern weist auch auf die neue Physik hin, die es sehen könnte. eLisa, auch NGO genannt, wird auf Gravitationswellen aus dem frühen Universum (und danach) bis zu 10 bis minus 18 Sekunden nach dem Urknall empfindlich sein. Es wird Gravitationswellen von verschmelzenden massereichen und supermassiven Schwarzen Löchern sehen, die auch in der Zeit ziemlich weit zurückreichen, und so viel empfindlicher, dass es Größenordnungen mehr Details sehen kann. Es wird extra niedrige Frequenzen sehen, was extra große Wellenlängen bedeutet, und somit Gravitationswellen von viel größeren kosmologischen und astrophysikalischen Objekten.

Zum Beispiel wird es empfindlich auf Gravitationswellen reagieren, die von kosmischen kosmischen Saiten ausgesandt werden, falls es solche gibt. Das wäre neue Physik. Es wird auch empfindlich auf frühe Phasenübergänge im Universum reagieren, einschließlich Schwankungen der Restinflation mit Bildung kleiner Blasen und anderer wichtiger Veränderungen in der kosmologischen Geschichte - siehe das Papier. Wenn eines davon gefunden wird, können auch Beweise für höhere Dimensionen in der Raumzeit und der Stringtheorie gefunden werden, eine enorme Auswirkung auf die Physik, wenn überhaupt etwas gefunden wird.

Schwarze Löcher werden untersucht, ob sie sich so verhalten, wie es die Allgemeine Relativitätstheorie vorhersagt. Es wird das No-Hair-Theorem testen und sehen, ob Masse und Spin alles sind, was sie haben, indem verschiedene Multipolmomente gemessen werden. Daher wird es bestimmen, ob die allgemeine Relativitätstheorie im ultrastarken Regime modifiziert werden muss oder nicht, oder ob es andere exotische Arten von Materie gibt, die ihnen Haare geben könnten (zum Beispiel einige Skalare oder andere Felder). Es wird festgestellt, ob es sich stattdessen um Bosonensterne handeln kann (Higgs-ähnliche Teilchen, die wie Neutronensterne kollabiert sind). Es wird empfindlich auf bedeutende neue Physik reagieren.

Es wird nach anderen Arten von Symmetriebrüchen gesucht, wie zum Beispiel dem, was die elektroschwache Kraft in elektromagnetische und schwache spaltet. Im LHC werden die zu erreichenden Energien in der Größenordnung von etwa 15 TEV liegen. Die Gravitationsstrahlung, die von frühen Zeiten im Universum beobachtet wurde, wird Ereignisse im Bereich von 1000 TEV beinhalten.

Die Empfindlichkeit von eLisa ist enorm höher als die von Ligo. Hauptsächlich wegen der viel längeren Armlängen des Interferometers, 1 Million Kilometer im Vergleich zu Ligos 5 km oder so. Es wird sehen, wie schwarze Löcher viel länger als Ligo in Spiralen verschmelzen. Ligo sah die letzte Viertelsekunde der Verschmelzungen der Schwarzen Löcher bei relativ niedrigem SNR. eLisa wird sehen, wie supermassereiche Schwarze Löcher im ganzen Universum spiralförmig herankommen und dann bis zu Monate vor ihrer Verschmelzung verschmelzen, wodurch im Durchschnitt viele Daten gesammelt werden. Es wird die tatsächlichen Fusionen und Ringdowns viel empfindlicher sehen als Ligo, sodass es in der Lage sein wird, jede geringfügige Abweichung von den Vorhersagen der Allgemeinen Relativitätstheorie im Bereich der starken Schwerkraft zu erkennen. Dazu gehören viel mehr Details in der Fusionsphase und möglicherweise Effekte höherer Ordnung, die die Dynamik der Fusion beschreiben, und dann das Ring-Down. Es wird eine untere Grenze für die Masse des Gravitons bestimmen, indem es jede Streuung in der Geschwindigkeit der Gravitationswellen als Funktion der Frequenz sieht, bis hin zu Größenordnungen oder Größenordnungen, die besser sind als das, was wir jetzt wissen. Auf diese Weise kann es verschiedene Erweiterungen oder alternative Gravitationstheorien eliminieren. Es wird Gravitationswellen von Neutronendoppelsternen sehen

Es wird so viele supermassereiche Schwarze Löcher entdecken, dass es in der Lage sein wird, eine Geschichte der galaktischen Entstehung zu erstellen, die von diesen Schwarzen Löchern in ihren Zentren gesät wird. Es könnte sein, aber ich habe keine Einzelheiten gesehen, also einige weitere Details über die Eigenschaften der Dunklen Materie bestimmen, von der auch bekannt ist, dass sie bei der Galaxienbildung hilft.

Ich hatte in der Zeitung nichts über Dunkle Materie oder Energie gesehen. Aber ich habe nicht alles sorgfältig gelesen.

Ich wusste einiges davon, aber der Artikel öffnete mir die Augen für das außergewöhnliche neue Reich der Physik, das diese Gravitationsobservatorien eröffnen.

Nicht schlecht für nur 3 Satelliten.