353422 Как LISA — космическая обсерватория гравитационных волн — изменит наше космологическое понимание

Миссия LISA (Космическая антенна с лазерным интерферометром), возглавляемая Европейским космическим агентством (ЕКА) при участии НАСА, обнаружит гравитационные волны в космосе с помощью трех космических кораблей, находящихся на расстоянии более миллиона миль друг от друга, летящих в форме треугольника. Лазеры, запускаемые между спутниками, как показано в концепции этого художника, будут измерять, как гравитационные волны изменяют относительные расстояния между ними. Фото: AEI/MM/Exozet

LISA — совместная миссия Европейского космического агентства и… НАСАнаправлен на обнаружение Гравитационные волны Из космоса, предлагая новое видение Вселенной посредством передовых технологий и международного сотрудничества.

Первая космическая обсерватория, предназначенная для обнаружения гравитационных волн, прошла серьезную доработку и приступит к созданию летающей аппаратуры. 25 января Европейское космическое агентство (Европейское космическое агентство), объявила об официальном принятии LISA, антенны космического лазерного интерферометра, в рамках своего программного комплекса, запуск которого запланирован на середину 2030-х годов. Европейское космическое агентство возглавляет миссию, а НАСА выступает в качестве партнера по сотрудничеству.

Роль НАСА и сотрудничество миссий

«В 2015 году пол Лего «Обсерватория открыла окно в гравитационные волны, возмущения, охватывающие пространство-время и структуру нашей Вселенной», — сказал Марк Клэмпин, директор отдела астрофизики штаб-квартиры НАСА в Вашингтоне. «LISA предоставит нам панорамный обзор, позволяющий наблюдать широкий спектр источников внутри и за пределами нашей галактики. Мы гордимся тем, что являемся частью этих международных усилий по открытию новых горизонтов в исследовании тайн Вселенной.

Миссия LISA позволит наблюдать гравитационные волны, генерируемые слиянием сверхмассивных черных дыр, показанных здесь в компьютерном моделировании. Большинство крупных галактик содержат центральные черные дыры, которые весят в миллионы раз больше массы нашего Солнца. Когда эти галактики сталкиваются, их черные дыры в конечном итоге тоже сталкиваются. Изображение предоставлено: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА/Скотт Ноубл; Данные моделирования, Dascoli et al. 2018 год

НАСА предоставит несколько ключевых компонентов набора инструментов LISA, а также научную и инженерную поддержку. Вклад НАСА включает лазеры, телескопы и устройства для уменьшения помех, вызванных электромагнитными зарядами. LISA будет использовать это оборудование для измерения мельчайших изменений расстояния, вызванных гравитационными волнами, на расстоянии миллионов миль в космосе. Европейское космическое агентство предоставит космический корабль и будет контролировать международную команду во время разработки и эксплуатации миссии.

Гравитационные волны: раскрываем космические тайны

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

Эта рябь в ткани космоса не была обнаружена до 2015 года, когда LIGO, лазерная обсерватория гравитационных волн, финансируемая Национальным научным фондом США, измерила гравитационные волны, генерируемые слиянием двух черных дыр. Это открытие способствовало развитию новой области науки под названием «астрономия множественных сообщений», в которой гравитационные волны могут использоваться вместе с другими космическими «посланниками» — светом и частицами — для наблюдения за Вселенной новыми способами.

Помимо других наземных объектов, LIGO с тех пор наблюдал десятки других. Черная дыра Слияния, а также слияние нейтронных звезд и Нейтронная звезда-Системы черных дыр. До сих пор черные дыры, обнаруженные с помощью гравитационных волн, были относительно небольшими, их массы варьировались от десятков до, возможно, ста раз больше массы нашего Солнца. Но ученые полагают, что слияния более массивных черных дыр были обычным явлением, когда Вселенная была молодой, и только космическая обсерватория могла быть чувствительна к их гравитационным волнам.

Уникальный вклад LISA в астрономию

«LISA предназначена для обнаружения низкочастотных гравитационных волн, которые не могут обнаружить инструменты на Земле», — сказала Айра Торп, научный сотрудник НАСА для миссии в центре агентства. Центр космических полетов Годдарда (Гринбелт, Мэриленд). «Эти источники включают в себя десятки тысяч небольших двойных систем в нашей галактике, а также массивные черные дыры, которые слились во время столкновения галактик в ранней Вселенной».

Гравитационные волны, полученные в результате ансамблевого моделирования компактных двойных систем в нашей Галактике, были использованы для построения этой синтетической карты всего неба. Эти системы содержат белые карлики, нейтронные звезды или черные дыры на узких орбитах. Создание таких карт с использованием реальных данных станет возможным, когда в следующем десятилетии начнет активизироваться миссия LISA. Наша Галактика Млечный Путь находится в центре этого панорамного вида неба, а галактическая плоскость проходит через середину. Более яркие пятна указывают на источники с более сильными гравитационными сигналами, а более светлые цвета указывают на источники с более высокими частотами. Более крупные цветные пятна показывают источники, местоположение которых менее известно. Источник: Центр космических полетов имени Годдарда НАСА.

LISA будет состоять из трех космических кораблей, летящих в широком треугольном строю, который следует за Землей на ее орбите вокруг Солнца. Каждая рука треугольника простирается на 1,6 миллиона миль (2,5 миллиона км). Космический корабль будет отслеживать только внутренние тестовые массы, на которые влияет гравитация. В то же время лазерные лучи будут излучаться непрерывно для измерения расстояний между ними в диапазоне, меньшем размера гелия. кукуруза. Гравитационные волны, исходящие из источников по всей Вселенной, будут вызывать колебания длины плеч треугольника, и LISA уловит эти изменения.

Технологические инновации и перспективы на будущее

Основная технология миссии LISA была проверена миссией ЕКА LISA Pathfinder, которая продемонстрировала точный контроль и лазерные измерения, необходимые для обнаружения гравитационных волн. Этот технологический прорыв открывает для LISA путь к исследованию ранее недоступных аспектов Вселенной, обеспечивая понимание динамики массивных небесных тел и структуры самого пространства-времени.