LISA'nın kalbi Toulouse'da sınavda: Optik ölçüm sistemi pikometre testine hazırlanıyor

Avrupa Uzay Ajansı'nın (ESA) kütleçekim dalgası gözlemevi LISA'nın en hassas parçası yerdeki sınavına hazırlanıyor. Fransa Uzay Ajansı CNES'in 28 Ekim'de yaptığı açıklamaya göre Toulouse Uzay Merkezi'ndeki temiz oda, görevin üç uydusunun her birinin kalbinde yer alacak optik ölçüm sistemini (OMS, Optical Metrology System) karşılamak için hazır hâle getirildi. Sistem burada, uzayda yapacağı ölçümü yerde gösterebilmek için aylar sürecek performans testlerinden geçecek.

Testler önemli, çünkü LISA'nın başarısı neredeyse tamamen bu sistemin ölçebildiği en küçük uzaklık değişimine bağlı. CNES'e göre cihaz uzayda birkaç pikometrelik, yani bir atomun yaklaşık yüzde biri büyüklüğündeki yer değiştirmeleri saptamak zorunda.

LISA ne arayacak?

Kütleçekim dalgaları, uzay-zamanın bükülmesinde ışık hızıyla yayılan dalgalanmalar. Einstein'ın 1916'da öngördüğü bu dalgalar ilk kez 14 Eylül 2015'te ABD'deki LIGO dedektörlerinde, her biri yaklaşık otuz Güneş kütlesindeki iki kara deliğin birleşmesinden gelen sinyalle doğrudan yakalandı.

Yerdeki dedektörler kollarının uzunluğu ve yer sarsıntıları yüzünden yalnız yüksek frekanslı dalgaları duyabiliyor. LISA ise uzayda, 0,1 milihertz ile 1 hertz arasındaki çok daha yavaş dalgalanmaları dinleyecek. ESA'nın görev bilgi sayfasına göre hedefler arasında Samanyolu'ndaki on binlerce sıkı çift yıldız, evrenin farklı çağlarında birleşen dev kara delikler ve dev bir kara deliğin etrafında sarmal çizerek ona düşen küçük cisimler var.

Üç uydu, 2,5 milyon kilometrelik üçgen

ESA'ya göre LISA, kenarları 2,5 milyon kilometre olan bir eşkenar üçgen oluşturacak üç uydudan oluşacak ve Dünya'yı yaklaşık 50 milyon kilometre geriden izleyerek Güneş'in çevresinde dolanacak. Her uydunun içinde altın-platin alaşımlı test kütleleri serbestçe süzülecek. Uydular birbirine lazer ışını gönderecek; geçen bir kütleçekim dalgası test kütleleri arasındaki uzaklığı çok az değiştirecek ve bu değişim ışığın girişim deseninden okunacak.

CNES'in açıklamasına göre OMS, öteki iki uydunun lazer ışığını alıp göndermek ve uzaklığı ölçen girişim birleşimlerini oluşturmakla görevli. Uydunun kendisi de test kütlelerini uzaydaki tüm sarsıntılardan koruyarak neredeyse hiçbir etkinin karışmadığı bir laboratuvar ortamı yaratacak.

Temiz odada neler var?

Testler Toulouse'daki Signe 3 adlı temiz odada yapılacak. Odanın bir duvarı, 4 metre yüksekliğinde ve 2,5 metre genişliğinde, toz birikimini azaltmak için sürekli hava akımı üreten bir üfleme duvarı. Test kazanını kapatacak bir tonu aşkın kapak, oda içinde hareket eden bir köprü vinçle taşınıyor.

Sistem önce yedi tonluk bir mermer tabana oturan üç boyutlu bir ölçüm makinesinde, mekanik parçalar arasında mikrometre düzeyinde hizalama sağlanarak birleştirilecek. Ardından yer titreşimlerinden ve sıcaklık oynamalarından korunmak için iki ısıl kazana alınacak. CNES'in LISA proje yöneticisi Jean-Charles Damery'nin açıklamasına göre OMS, sıcaklığı derecenin milyonda biri hassasiyetle sabit tutulan bu kazanlarda birkaç ay kalacak.

Uluslararası bir parça

CNES, CNRS ve CEA ile birlikte cihazın girişim performansını test etmekten sorumlu. Cihazın parçaları ise farklı ülkelerden geliyor: CNES'e göre optik tezgâh İskoçya'daki bir laboratuvardan, lazer NASA'dan, faz ölçer Almanya'daki bir laboratuvardan geliyor. ESA'nın 2024'teki açıklamasına göre NASA ayrıca 30 santimetrelik teleskopları ve test kütlelerinin elektrik yükünü boşaltacak morötesi ışık kaynaklarını sağlayacak. Uyduların ana yüklenicisi, ESA ile Haziran 2025'te sözleşme imzalayan Alman OHB şirketi.

CNES'e göre LISA için üretilecek on cihazdan yalnız ikisi, bir mühendislik modeli ve bir nitelik modeli, yerde birer yıl test edilecek. ESA kalan sekiz cihazın üretimine ancak bu aşama başarıyla geçildikten sonra onay verecek.

Öncüsü beklentiyi aşmıştı

LISA'nın teknolojisi daha önce uzayda denendi. 3 Aralık 2015'te fırlatılan LISA Pathfinder, serbest düşen iki test kütlesi arasındaki göreli ivmeyi gereken düzeyin beş katından daha iyi bir hassasiyetle ölçmüştü. LISA'nın sorusu artık bu kütleleri milyonlarca kilometre uzaktaki uydulara yerleştirip aradaki uzaklığı aynı titizlikle izleyebilmek.

Sırada ne var?

ESA, LISA'yı Ocak 2024'te resmen onayladı ve fırlatmayı 2035 için Ariane 6 roketiyle planlıyor; CNES ise 2035-2036 dönemini işaret ediyor. Toulouse'daki testler, bu takvimin tutup tutmayacağını belirleyecek ilk büyük donanım sınavlarından biri olacak.