Наука изучения гравитационных волн получила большой импульс благодаря Европейскому космическому агентству. Комитет по научной программе только что утвердил космическую антенну лазерного интерферометра, ласково называемую LISA, для официального планирования и строительства. Это означает, что астрономы гравитационных волн предпримут следующие шаги по получению информации о гравитационных волнах из космоса.
ЛИЗА — или что-то в этом роде — разрабатывалась с 1980-х годов. Нынешняя обсерватория LISA была предложена примерно десять лет спустя, и ученые совершили «миссию первопроходцев», чтобы проверить ее основную конструкцию. Теперь это будет полноценная группа из трех космических кораблей, запуск которых запланирован на 2035 год, и он должен произвести революцию в исследованиях гравитационных волн.
Созвездие космических кораблей займет три отдельные позиции на гелиоцентрической орбите, подобной земной. По сути, они образуют треугольник, соединенный лазерными лучами, каждый из которых будет пролетать через 2,5 миллиона километров космоса. Эти лучи станут основными детекторами гравитационных волн. Когда волна проходит мимо, она меняет длину каждого лазерного «рукава». Сложные бортовые инструменты будут фиксировать изменения и отправлять эти данные обратно на Землю для анализа. Дифференциальные изменения длины каждого рукава дадут ученым важную информацию об объектах, которые столкнулись, создав волны. Если все пойдет хорошо, LISA станет первой космической обсерваторией, занимающейся исключительно этими колебаниями в ткани пространства-времени.
Следующие шаги
Решение продолжить работу над LISA — это формальный шаг, называемый «усыновлением». По сути, там говорится, что технология миссии, концепция и сроки готовы к реализации. Это позволит агентству продолжить строительство космического корабля и его оборудования. С этого момента агентство теперь может свободно привлекать и выбирать подрядчиков для изготовления. Процесс проектирования и сборки может начаться уже в январе 2025 года.
По словам ведущего научного сотрудника проекта Норы Лютцгендорф, разработка LISA будет непростой. «LISA — это проект, который никогда раньше не применялся», — сказала она. «Используя лазерные лучи на расстояниях в несколько 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 исследований гравитации, мы должны отправиться в космос. Благодаря огромному расстоянию, которое проходят 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, начиная с зарождения человечества. время.»
Защита LISA от внешнего воздействия в космосе
Конечно, космос представляет собой уникальные проблемы для миссии космического корабля. В этом отношении LISA сталкивается с проблемами, аналогичными тем, с которыми LIGO и другие сталкиваются на местах. Например, грохот земли от проезжающих мимо тяжелых грузовиков мешает работе приборов LIGO. Это означает, что ученые должны отфильтровывать любые негравитационно-волновые возмущения.
К счастью, в космосе нет грузовиков, но LISA столкнется с некоторыми негравитационно-волновыми силами, такими как световое давление и солнечный ветер. Ученые смогут обойти тех, у кого есть очень умные конструкции космических кораблей. Каждый из трех кораблей будет оснащен телескопами, лазерами и испытательными массами из позолоченного золота и платины.
Чтобы защитить тестовые массы от внешних воздействий (которые могут их «растолкнуть»), они будут свободно плавать внутри космического корабля. Внешние корпуса корабля будут поглощать внешние воздействия. Двигатели будут регулировать положение космического корабля и не позволят массам испытывать ничего, кроме целевых гравитационных волн. Результатом должен стать очень «чистый» сбор данных о гравитационных волнах от удаленных объектов и событий во Вселенной.
Цели гравитационных волн LISA
Эта сложная миссия должна быть в состоянии уловить колебания пространства-времени, возникающие при столкновении массивных объектов. Это включает в себя слияния сверхмассивных черных дыр в сердцах галактик. В нашей галактике LISA должна быть в состоянии обнаружить слияния белых карликов или нейтронных звезд. Его данные должны дать астрономам точную информацию о расстояниях до этих событий и даже об их местоположении.
«На протяжении веков мы изучали наш космос, улавливая свет. Сочетание этого с обнаружением гравитационных волн привносит совершенно новое измерение в наше восприятие Вселенной», — сказал научный сотрудник 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».
Одна из очень интересных возможностей, которую может реализовать LISA, — это обнаружение самых первых секунд после того, как произошел Большой взрыв. Это потому, что гравитационные волны от этого важнейшего события будут нести информацию о расстоянии и интенсивности. Мало того, данные LISA также помогут астрономам измерить скорость расширения Вселенной во времени. Если все это произойдет, это докажет полезность гравитационных волн как уникального способа измерения вещей в космосе.
Для дополнительной информации
Захват пульсаций пространства-времени: LISA получает добро
Консорциум ЛИЗА
