Как ранее сообщалось, Комитет научной программы Европейского космического агентства (ЕКА) одобрил создание космических аппаратов миссии Laser Interferometer Space Antenna (LISA) — первую научную попытку обнаружить и изучить гравитационные волны из космоса.
Данным шагом ЕКА подтвердило, что концепция и технология миссии достаточно продвинуты, и дает добро на создание приборов и космического корабля. Эти работы начнутся в январе 2025 года, как только будет выбран европейский промышленный подрядчик. Запуск миссии запланирован на 2035 год на ракете «Ариан-6».
Проект LISA — является группировкой из трех кораблей, которые будут следовать за Землей на ее орбите вокруг Солнца, образуя в космосе точный равносторонний треугольник. Каждая сторона треугольника будет иметь длину 2,5 миллиона километров, и на этом расстоянии космические корабли будут обмениваться друг с другом лазерными лучами.
Миссия LISA под руководством ЕКА стала возможной благодаря сотрудничеству между агентством, космическими агентствами государств-членов, НАСА и международным консорциумом ученых (консорциум LISA).
«Звук» в космическом фильме
Чуть более столетия назад Эйнштейн сделал революционное предсказание о том, что когда массивные объекты ускоряются, они сотрясают ткань пространства-времени, создавая гравитационные волны. Благодаря современным технологическим разработкам теперь стало возможным обнаруживать эти неуловимые сигналы.
«LISA — это проект, который еще никогда не применялся. Используя лазерные лучи на расстоянии нескольких километров, наземные приборы могут обнаруживать гравитационные волны, исходящие от событий, связанных с объектами размером со звезду, таких как взрывы сверхновых или слияние сверхплотных звезд и черных дыр звездной массы. Чтобы расширить границы гравитационных исследований, мы должны отправиться в космос», — объясняет ведущий научный сотрудник проекта LISA Нора Лютцгендорф.
«Благодаря огромному расстоянию, которое преодолевают лазерные сигналы на LISA, и превосходной стабильности ее приборов, мы будем исследовать гравитационные волны более низких частот, чем это возможно на Земле, обнаруживая события другого масштаба, вплоть до рассвета времени».
LISA будет фиксировать во Вселенной пульсации пространства-времени, возникающие при столкновении огромных черных дыр в центрах галактик. Это позволит ученым проследить происхождение этих чудовищных объектов, показать, как они становятся в миллионы раз массивнее Солнца, и установить роль, которую они играют в эволюции галактик.
Миссия призвана уловить предсказанный гравитационный «звон» в начальные моменты существования нашей Вселенной и дать прямой взгляд на самые первые мгновения после Большого взрыва. Кроме того, поскольку гравитационные волны несут информацию о расстоянии до объектов, которые их излучали, LISA поможет исследователям измерить изменения в расширении Вселенной с помощью критериев, отличных от методов, используемых Евклидом и другими устройствами, проверяя их результаты.
Ближе к дому, в нашей галактике, LISA обнаружит множество сливающихся пар компактных объектов, таких как белые карлики или нейтронные звезды, и даст уникальное представление о заключительных стадиях эволюции этих систем. Определяя их положение и расстояния, LISA поможет лучше понять структуру Млечного Пути, основываясь на результатах миссии ЕКА Gaia.
«На протяжении веков мы изучали наш космос, улавливая свет. Сочетание этого с обнаружением гравитационных волн привносит совершенно новое измерение в наше восприятие Вселенной», — отмечает ученый проекта LISA Оливер Дженнрич.
«Если мы представим, что до сих пор в ходе наших астрофизических миссий мы наблюдали космос, как немое кино, то съемка пульсаций пространства-времени с помощью LISA станет настоящим переломным моментом, как когда в кинофильмы был добавлен звук».
Золотые кубики и лазерные лучи
Для обнаружения гравитационных волн LISA будет использовать пары твердых золото-платиновых кубиков — так называемых тестовых масс (чуть меньше кубиков Рубика), свободно плавающих в специальном корпусе в центре каждого космического корабля. Гравитационные волны вызовут крошечные изменения в расстояниях между массами на разных космических кораблях, и миссия будет отслеживать эти изменения с помощью лазерной интерферометрии.
Этот метод требует «стрельбы» лазерными лучами с одного космического корабля на другой, а затем наложения их сигналов для определения изменений расстояний масс до нескольких миллиардных долей миллиметра.
Космический корабль должен быть спроектирован так, чтобы ничто, кроме геометрии самого пространства-времени, не влияло на движение масс, находящихся в свободном падении.
Выбранная в качестве третьей крупной миссии в программе ESA Cosmic Vision 2015–2025, LISA присоединится к научному космическому флоту ЕКА для решения двух важнейших вопросов, лежащих в основе программы: каковы фундаментальные физические законы Вселенной, как возникла Вселенная и из чего она состоит?
LISA будет работать вместе с другой крупной миссией ЕКА, которая в настоящее время изучается: NewAthena. Запуск NewAthena запланирован на 2037 год и станет крупнейшей рентгеновской обсерваторией из когда-либо построенных.
