Миссия LISA по изучению гравитационных волн одобрена ESA

Комитет научной программы ЕКА одобрил миссию по созданию космической антенны с лазерным интерферометром (Laser Interferometer Space Antenna, LISA) — первую научную попытку обнаружить и изучить гравитационные волны из космоса.

Этот важный шаг, формально называемый «принятием», признает, что концепция миссии и технология достаточно развиты, и дает добро на создание приборов и космического аппарата. Эти работы начнутся в январе 2025 года, как только будет выбран промышленный подрядчик.

LISA — это не один космический аппарат, а сразу три. Они 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 (более чем в шесть раз больше расстояния Земля-Луна), и на этом расстоянии космические аппараты будут обмениваться лазерными лучами. Запуск всех трех запланирован на 2035 год на ракете «Ариан-6».

Чуть более столетия назад Альберт Эйнштейн сделал революционное предсказание о том, что когда массивные объекты ускоряются, они сотрясают ткань пространства-времени, создавая мельчайшую рябь, известную как гравитационные волны. Благодаря современным технологическим разработкам мы теперь можем обнаруживать эти самые неуловимые сигналы.

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 будут преодолевать лазерные сигналы 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 начала времен.»

LISA обнаружит по всей Вселенной пульсации пространства-времени, возникающие при столкновении огромных черных дыр в центрах галактик. Это позволит ученым проследить происхождение этих загадочных 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 сможет «увидеть» самые первые секунды 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 другими миссиями, проверяя их результаты.

В нашей галактике LISA обнаружит множество сливающихся пар компактных объектов, таких как белые карлики или нейтронные звезды, и даст нам 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.

Для обнаружения гравитационных волн LISA будет использовать пары твердых золото-платиновых кубиков – так называемых пробных масс (чуть меньше кубиков Рубика), свободно плавающих в специальном корпусе в центре каждого космического аппарата. Гравитационные волны вызовут крошечные изменения в расстояниях между массами на разных космических зондах, 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.

Космические аппараты должны быть спроектированы так, чтобы ничто, кроме геометрии самого пространства-времени, не влияло на движение масс, находящихся в свободном падении (подобная технология отрабатывалась на космическом аппарате Lisa Pathfinder).

Выбранная в качестве третьей крупной миссии Космического видения ЕКА на 2015–2025 годы, LISA присоединится к научному флоту космических наблюдателей ЕКА для решения двух важнейших вопросов, лежащих в основе программы: каковы фундаментальные физические законы Вселенной? Как возникла Вселенная и из чего она состоит?

В этом стремлении LISA будет работать вместе с другой крупной миссией ЕКА, которая в настоящее время изучается: NewAthena. Запуск NewAthena запланирован на 2037 год и она станет крупнейшей рентгеновской обсерваторией из когда-либо созданных.