Началось создание амбициозной миссии LISA, космической обсерватории для изучения гравитационных волн

С момента первого прямого обнаружения гравитационных волн в 2015 году обсерваторией LIGO человечество получило принципиально новый способ изучения Вселенной. Однако наземные детекторы способны улавливать лишь высокочастотные колебания пространства-времени, вызванные слияниями компактных объектов вроде черных дыр звездных масс. Чтобы исследовать более масштабные события — столкновения сверхмассивных черных дыр, реликтовые гравитационные волны от Большого взрыва или динамику двойных систем в нашей Галактике — требуется выйти за пределы Земли. Именно этим и займется космическая обсерватория LISA (Laser Interferometer Space Antenna), разработка которой официально началась после подписания контракта между Европейским космическим агентством (ESA) и компанией OHB System AG.

Концепция миссии и ее уникальность

LISA представляет собой три идентичных космических аппарата, которые образуют гигантский лазерный интерферометр с длиной плеча 2,5 миллиона километров — в шесть раз больше расстояния от Земли до Луны. Они будут находиться в устойчивой треугольной конфигурации, следуя за нашей планетой по гелиоцентрической орбите. Каждый аппарат оснащен парой тестовых масс — кубиков из сплава золота и платины, свободно плавающих в вакуумных контейнерах. Гравитационные волны, проходя через систему, будут вызывать микроскопические изменения расстояний между этими массами, которые и предстоит измерить с беспрецедентной точностью.

Ключевое отличие LISA от наземных обсерваторий — способность детектировать низкочастотные гравитационные волны (0,1 мГц – 1 Гц), недоступные для LIGO и Virgo. Это позволит изучать:

• Слияния сверхмассивных черных дыр — события, происходящие в центрах галактик при их столкновениях и формирующие гравитационные волны колоссальной амплитуды.
• Эволюцию двойных компактных объектов — белых карликов, нейтронных звезд и черных дыр в Млечном Пути, что даст новое понимание звездной динамики.
• Фундаментальные свойства гравитации — LISA сможет проверить общую теорию относительности в условиях сильных полей и, возможно, обнаружить отклонения от предсказаний Эйнштейна.
• Темную энергию и расширение Вселенной — анализ гравитационных волн от слияний черных дыр может предоставить независимый метод измерения постоянной Хаббла.

Технологические инновации и вызовы

Создание LISA — одна из самых сложных задач в истории космических исследований. Основные трудности связаны с необходимостью поддерживать стабильность системы на межпланетных расстояниях и измерять смещения с точностью до пикометров (триллионных долей метра).

1. Лазерная интерферометрия в космосе
В отличие от наземных детекторов, где лазерные лучи отражаются между зеркалами в вакуумных трубах, LISA использует три независимых космических аппарата, между которыми лазерный луч проходит миллионы километров. Для этого требуется:

• Мощные и стабильные лазеры, способные сохранять когерентность на гигантских расстояниях.
• Сверхточные оптические системы для фокусировки и приема сигналов.
• Активная компенсация внешних возмущений — солнечного ветра, микрометеоритов и тепловых деформаций.

2. Свободное падение тестовых масс
Чтобы изолировать кубики от любых негравитационных воздействий, они будут помещены в специальные корпуса, где удерживаются в состоянии почти идеального свободного падения. Даже малейшие помехи — например, давление солнечного света или остаточное магнитное поле — могут исказить измерения, поэтому система включает сложные механизмы компенсации.

3. Формирование и навигация созвездия
Три аппарата должны сохранять взаимное положение с точностью до нанометров, несмотря на движение по орбите. Для этого используются ионные двигатели и система автономной коррекции, постоянно анализирующая лазерные измерения.

Международное сотрудничество и перспективы

LISA — результат многолетней работы ESA, NASA и научного консорциума, объединяющего исследователей из более чем 15 стран. Основную роль в создании аппаратов играет OHB System AG (Германия), а ключевые компоненты, включая систему связи, разрабатывает Thales Alenia Space (Франция-Италия).

Запуск миссии запланирован на 2035 год с использованием ракеты Ariane 6. После вывода на орбиту LISA начнет многолетнюю научную программу, которая, как ожидается, приведет к революционным открытиям.

LISA не просто дополнит существующие гравитационно-волновые обсерватории — она откроет совершенно новое окно во Вселенную. Если LIGO и Virgo позволили услышать «грохот» слияний черных дыр, то LISA даст доступ к «низкочастотному гулу» космоса — волнам, несущим информацию о самых загадочных процессах, от рождения галактик до квантовых флуктуаций пространства-времени.

Как отметила Кьяра Педерсоли, генеральный директор OHB, эта миссия сделает человечество «мореплавателем гравитационных волн». А по словам профессора Кэрол Манделл, директора по науке ESA, LISA «проверит известные законы физики на пределе». Вполне возможно, что благодаря миссии мы не только узнаем больше о черных дырах и темной материи, но и обнаружим совершенно новые физические явления, выходящие за рамки современной науки.