Как LISA — телескоп в 2,5 млн км — будет ловить гравитационные волны из космоса

Первая в мире космическая гравитационная обсерватория успешно прошла все проверки концепции, и теперь инженеры приступают к созданию реальных аппаратов. 25 января Европейское космическое агентство объявило миссию LISA (Laser Interferometer Space Antenna) официально запущенной. Ее старт намечен на середину 2030-х, и это будет настоящий интернациональный проект: ESA выступает лидером, а NASA — ключевым партнером.

«В 2015-м наземный детектор LIGO уловил первые гравитационные волны — рябь самой ткани пространства-времени, — говорит Марк Клэмпин, директор отдела астрофизики NASA. — LISA же даст нам панорамный обзор. Она позволит наблюдать тысячи источников как в нашей Галактике, так и в самых далеких ее уголках. Мы горды участвовать в этом международном прорыве, который откроет новые возможности для разгадки тайн Вселенной». Честно говоря, трудно не разделить этот энтузиазм.

Охотник за космическими катаклизмами

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 внесет в миссию свою лепту: высокоточные лазеры, телескопы и специальные устройства для подавления электромагнитных помех. Именно это оборудование позволит фиксировать микроскопические изменения расстояний между спутниками, вызванные проходящей гравитационной волной. ESA, в свою очередь, построит сами космические аппараты и будет управлять полетом этой невероятной флотилии.

Что такое гравитационные волны и почему они так важны?

Эйнштейн предсказал их существование еще в 1916 году, но потребовалось почти сто лет, чтобы поймать. Гравитационные волны рождаются, когда массивные объекты — например, пара черных дыр — вращаются друг вокруг друга и сливаются, «взбалтывая» пространство-время вокруг себя. Это похоже на круги от камня, брошенного в пруд, но только камень — это целые солнца, а пруд — сама Вселенная.

Первый успех пришел в 2015-м от наземной обсерватории LIGO. Это открытие породило новую эру — «мультимессенджерной астрономии», где мы изучаем события не только в свете, но и через гравитационные «сигналы». С тех пор LIGO и его собратья зафиксировали десятки слияний черных дыр и нейтронных звезд. Но все они были относительно небольшими — в десятки масс Солнца. А ведь настоящие гиганты, сверхмассивные черные дыры, сливались, когда Вселенная была молода. И услышать их можем только из космоса. Не правда ли, ирония — чтобы услышать самые громкие события, нужно улететь с шумной Земли?

Что же услышит LISA?

«LISA создана для низкочастотных гравитационных волн, которые просто не доходят до наземных детекторов, — объясняет научный сотрудник NASA Ира Торп. — Ее добычей станут десятки тысяч двойных систем в Млечном Пути и, что главное, слияния сверхмассивных черных дыр при столкновении галактик в ранней Вселенной».

Три аппарата выстроятся в гигантский треугольник и последуют за Землей по ее орбите. Внутри каждого спутника будут плавать свободные тестовые массы, на которые влияет только гравитация. Между спутниками непрерывно побегут лазерные лучи, замеряя расстояния с атомарной точностью. Проходящая гравитационная волна чуть-чуть сожмет или растянет стороны этого треугольника — и LISA это почувствует.

Технология уже опробована: миссия LISA Pathfinder в 2015–2017 годах блестяще доказала, что такие сверхточные измерения в космосе возможны. Теперь нам остается лишь дождаться, когда этот невероятный музыкальный инструмент начнет свою игру. И тогда Вселенная заговорит с нами на языке, который мы только начинаем понимать.