NASA співпрацює з європейською обсерваторією гравітаційних хвиль у космосі

Перша космічна обсерваторія, призначена для виявлення гравітаційних хвиль, пройшла серйозний огляд та приступить до будівництва літального обладнання. 25 січня ESA (Європейське космічне агентство) оголосило про офіційне прийняття LISA, космічної антени лазерного інтерферометра, до своєї лінійки місій із запуском, запланованим на середину 2030-х років. ESA очолює місію, а NASA виступає партнером по співпраці.

«У 2015 році наземна обсерваторія LIGO відкрила вікно в гравітаційні хвилі, збурення, які охоплюють простір-час, тканину нашого Всесвіту», — сказав Марк Клемпін, директор відділу астрофізики в штаб-квартирі NASA у Вашингтоні. «LISA дасть нам панорамний вид, що дозволить нам спостерігати за широким спектром джерел як у нашій галактиці, так і далеко-далеко за її межами. Ми пишаємося тим, що беремо участь у цих міжнародних зусиллях, спрямованих на відкриття нових шляхів для дослідження таємниць Всесвіт».

NASA надасть кілька ключових компонентів набору приладів LISA разом з науковою та інженерною підтримкою. Внесок NASA включає лазери, телескопи та пристрої для зменшення завад від електромагнітних зарядів. LISA використовуватиме це обладнання, оскільки воно вимірюватиме точні зміни відстані, спричинені гравітаційними хвилями, на мільйони миль у космосі. ESA надасть космічний корабель і спостерігатиме за міжнародною командою під час розробки та експлуатації місії.

Гравітаційні хвилі були передбачені загальною теорією відносності Альберта Ейнштейна більше століття тому. Вони утворюються прискоренням мас, таких як пара орбітальних чорних дір. Оскільки ці хвилі забирають орбітальну енергію, відстань між об’єктами поступово скорочується протягом мільйонів років, і вони зрештою зливаються.

Ці хвилі в тканині космосу залишалися непоміченими до 2015 року, коли LIGO, гравітаційно-хвильова обсерваторія лазерного інтерферометра, фінансована Національним науковим фондом США, виміряла гравітаційні хвилі від злиття двох чорних дір. Це відкриття сприяло розвитку нової галузі науки під назвою «астрономія з кількома повідомленнями», в якій гравітаційні хвилі можна було використовувати разом з іншими космічними «посланцями» — світлом і частинками — для спостереження за Всесвітом по-новому.

Разом з іншими наземними об’єктами LIGO відтоді спостерігав ще десятки злиття чорних дір, а також злиття нейтронних зірок і систем нейтронних зірок і чорних дір. Поки що чорні діри, виявлені за допомогою гравітаційних хвиль, були відносно невеликими, з масами в десятки до, можливо, сотні разів більшими, ніж наше Сонце. Але вчені вважають, що злиття набагато більш масивних чорних дір було звичайним явищем, коли Всесвіт був молодим, і лише космічна обсерваторія могла бути чутливою до гравітаційних хвиль від них.

«LISA розроблена для сприйняття низькочастотних гравітаційних хвиль, які земні прилади не можуть виявити», — сказала Айра Торп, дослідник NASA для місії в Центрі космічних польотів імені Годдарда в Грінбелті, штат Меріленд. «Ці джерела охоплюють десятки тисяч малих подвійних систем у нашій галактиці, а також масивні чорні діри, які зливаються під час зіткнення галактик у ранньому Всесвіті».

LISA складатиметься з трьох космічних кораблів, які літатимуть у великій трикутній формі, яка слідуватиме за Землею по її орбіті навколо Сонця. Кожне плече трикутника тягнеться на 1,6 мільйона миль (2,5 мільйона кілометрів). Космічний корабель відстежуватиме внутрішні тестові маси, на які впливає лише гравітація. Одночасно вони будуть безперервно запускати лазери, щоб вимірювати їх поділ з точністю до розміру, меншого за розмір атома гелію. Гравітаційні хвилі від джерел у всьому Всесвіті створюватимуть коливання довжин плечей трикутника, і LISA зафіксує ці зміни.

Основна технологія вимірювання була успішно продемонстрована в космосі за допомогою місії ESA LISA Pathfinder, яка діяла між 2015 і 2017 роками і також включала участь NASA. Космічний апарат продемонстрував чудовий контроль і точні лазерні вимірювання, необхідні для LISA.