Гигантский телескоп размером 2,5 миллиона км будет улавливать гравитационные волны

«В 2015 году наземная обсерватория LIGO впервые зарегистрировала гравитационные волны, то есть возмущения, которые идут по пространству-времени», — сказал Марк Клэмпин, директор отдела астрофизики в штаб-квартире NASA в Вашингтоне. «LISA предоставит нам панорамный вид, позволяющий наблюдать широкий спектр источников как внутри нашей галактики, так и далеко-далеко за ее пределами. Мы гордимся тем, что являемся частью этих международных усилий по открытию новых возможностей для исследования тайн Вселенная».

Миссия LISA позволит наблюдать гравитационные волны, возникающие при слиянии сверхмассивных черных дыр, как показано здесь в компьютерной симуляции. Большинство крупных галактик содержат центральные черные дыры, масса которых в миллионы раз превышает массу нашего Солнца. Когда эти галактики сталкиваются, в конечном итоге сталкиваются и их черные дыры. NASA's Goddard Space Flight Center/Scott Noble; данные моделирования, d'Ascoli et al 2018

NASA предоставит несколько ключевых компонентов набора инструментов LISA, а также научную и инженерную поддержку. Вклад NASA включает лазеры, телескопы и устройства для уменьшения помех от электромагнитных разрядов. LISA будет использовать это оборудование для точного измерения изменений расстояний, вызванных гравитационными волнами, между спутниками, находящимися на расстоянии миллионов километров в космосе. ESA предоставит космический корабль и будет координировать международную команду во время разработки и эксплуатации миссии.

Гравитационные волны были предсказаны общей теорией относительности Альберта Эйнштейна более века назад. Они вызываются ускоряющимися массами, такими как пара вращающихся по орбите черных дыр. Поскольку эти волны уносят орбитальную энергию, расстояние между объектами постепенно сокращается в течение миллионов лет, и в конечном итоге они сливаются.

Эта рябь в ткани космоса оставалась незамеченной до 2015 года, когда LIGO, (Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория), финансируемая Национальным научным фондом США, измерила гравитационные волны, возникающие в результате слияния двух черных дыр. Это открытие способствовало развитию новой области науки — «мультимессенджерной астрономией», в которой гравитационные волны можно использовать в сочетании с другими космическими «посланниками» — светом и частицами — для наблюдения за Вселенной.

С тех пор LIGO и другие наземные детекторы наблюдали десятки слияний черных дыр, а также слияния нейтронных звезд и систем нейтронная звезда-черная дыра. До сих пор черные дыры, обнаруженные с помощью гравитационных волн, были относительно небольшими, их массы в десятки, а возможно, в сотни раз превышают массу нашего Солнца. Но ученые полагают, что слияния гораздо более массивных черных дыр были обычным явлением, когда Вселенная была молодой, и только космическая обсерватория может их зарегистрировать.

«LISA предназначена для обнаружения низкочастотных гравитационных волн, которые не могут обнаружить инструменты на Земле», — сказала Ира Торп, научный сотрудник NASA. — «Эти источники охватывают десятки тысяч небольших двойных систем в нашей галактике, а также массивные черные дыры, сливающиеся при столкновении галактик в ранней Вселенной».

LISA будет состоять из трех космических кораблей, летящих в огромной треугольной формации, которая будет следовать за Землей на ее орбите вокруг Солнца. Каждая сторона гигантского треугольника будет 2,5 миллиона километров. Каждый спутник будет отслеживать колебание внутренних тестовых масс, на которые влияет только гравитация. В то же время спутники будут непрерывно запускать лазеры, чтобы измерить расстояние между вершинами треугольников с точностью до размера атома гелия. Гравитационные волны от источников по всей Вселенной будут вызывать колебания длин сторон треугольника, и LISA уловит эти изменения.

Базовая технология измерений была успешно продемонстрирована в космосе с помощью миссии LISA Pathfinder ESA, которая работала в период с 2015 по 2017 год. Космический корабль продемонстрировал точное управление и точные лазерные измерения, необходимые для LISA.