Зачем строить детектор гравитационных волн именно на Луне

Международная группа астрономов представила проект, от которого стынет кровь: Лунная гравитационно-волновая антенна, или LGWA. Ее концепция проста и гениальна — использовать наш спутник как идеальную акустическую камеру. Там, в вечном холме и мраке полярных кратеров, нет атмосферных помех, почти нет лунотрясений, а температура падает до рекордных низов. На Земле таких условий не создать никогда. Это все равно что пытаться услышать шепот на рок-концерте.

Гравитационные волны — это не излучение

Вся классическая астрономия построена на свете — на улавливании фотонов, будь то радиоволны, видимый свет или рентген. Мы строим космические телескопы вроде «Джеймса Уэбба», чтобы уйти от искажающей атмосферы. Но гравитационные волны — это другое. Это не излучение, а рябь самой ткани реальности, вызванная катастрофическими событиями вроде слияния черных дыр. Чтобы ее уловить, нужна невероятная, почти немыслимая чувствительность.

И вот здесь земная кора становится нашим злейшим врагом. Грузовик, проехавший за десять километров, микроземлетрясение, даже прибой океана — все это создает шум, заглушающий слабый космический сигнал. Луна же, лишенная тектонических плит и океанов, с ее редкими, слабыми толчками — это готовая тихая лаборатория. А вы все еще думаете, что Луна — это безжизненная каменная глыба?

Да, сейсмическая активность там есть — ее регистрировали еще сейсмометры «Аполлонов». Но ее источники — это в основном метеоритные удары и приливные силы от Земли. По сравнению с нашей планетой это настоящая «тихая комната». Именно эта лунная «сейсмическая тишина» и манит создателей LGWA, о которой они подробно рассказали в статье на arXiv.

«Сейсмическая тишина» Луны

«LGWA сможет наблюдать гравитационные волны в диапазоне, недоступном ни одному другому детектору, — от 1 мГц до 1 Гц, — пишут авторы. — Она станет тем самым недостающим звеном между космической антенной LISA и будущими наземными гигантами».

Если проект реализуют, на поверхности Луны раскинется целая сеть сверхчувствительных детекторов. Их разместят в Постоянно затененных областях (PSR) на полюсах — там, где царит вечный холод, опускающийся до -250°C. Этот естественный «холодильник» идеален для охлаждения приборов, что критически важно для снижения тепловых шумов. Представьте: четыре научных станции, вмерзшие в лед в кромешной тьме, вслушиваются в эхо Большого Взрыва и слияний нейтронных звезд.

Комбинируя данные LGWA с сигналами обычных телескопов, нейтринных и космических обсерваторий, мы получим первую в истории «многоканальную» картину катастрофических событий. Это будет астрономия в формате surround sound.

Что мы сможем увидеть

Возможности LGWA поражают. «Только она сможет засечь события с участием белых карликов, такие как приливные разрушения или сверхновые типа Ia, — объясняют ученые. — И только она даст нам недели или месяцы предупреждения перед слиянием компактных двойных систем, например, нейтронных звезд».

Это как получить долгосрочный прогноз космической погоды! Антенна также выловит гравитационные волны от черных дыр промежуточной массы — тех самых загадочных «семян», из которых, как считается, выросли гиганты в центрах галактик. И это еще не все: слияния двойных белых карликов за пределами Млечного Пути станут новым инструментом для измерения постоянной Хаббла и помогут разрешить наконец спор о скорости расширения Вселенной.

А заодно LGWA расскажет нам и о самой Луне. Ее сейсмометры просканируют недра спутника с беспрецедентной детализацией, раскрыв тайны его формирования и внутренней структуры. Получится два открытия в одной миссии.

Миссия Soundcheck

Конечно, до полноценной антенны еще далеко. Сначала нужно провести разведку. Ее роль выполнит предварительная миссия Soundcheck, уже одобренная ESA. Это будет технологический демонстратор, который прилунится в целевой области и всесторонне измерит обстановку: сейсмику, магнитные поля, температуру.

«Soundcheck сосредоточится на отработке ключевых технологий: развертывании сверхчувствительных датчиков, управлении температурой и стабилизации платформы», — уточняют авторы. Это необходимый шаг. Ведь мы собираемся строить в инопланетных условиях прибор, для которого на Земле нет аналогов.

Иногда кажется, что астрономия всегда «на пороге великих открытий». И это правда — потому что наши инструменты и амбиции растут. Гравитационно-волновая астрономия, которой нет еще и десяти лет, — ярчайший пример. Мы только прикоснулись к этому новому чувству.

Что делать дальше?

«Исследование Вселенной с помощью гравитационных волн все еще в зачаточном состоянии, — заключают авторы. — Помимо огромного ожидаемого влияния, эта область таит в себе высокую вероятность совершенно неожиданных, фундаментальных открытий».

Построить детектор на Луне — задача титаническая. Но разве не ради таких шансов заглянуть в самые темные уголки мироздания мы и летим к другим мирам? Тишина Луны может рассказать нам о самых громких событиях во Вселенной.