Elisa проследит за искривлением пространства

По окончании подтверждения регистрации гравитационных волн во всём мире быстро возрос интерес к изучению их природы. Проекты астрофизиков, ещё сравнительно не так давно казавшиеся вызывающими большие сомнения, приобрели статус перспективных и новые инвестиции. В 2028 – 2034 годах планируется создать грандиозную обсерваторию, в 240 тысяч раз превосходящую по размерам LIGO. Её строительство уже началось, и сейчас ЕКА совместно с НАСА сказали об успешном опробовании тестового модуля.

Elisa проследит за искривлением пространства

Космический лазерный интерферометр eLISA (изображение: ESA).

Продолжительное время мы следили за космосом, пробуя заметить далёкие галактики, отдельные звёзды, (экзо)другие объекты и планеты в телескопы. Одни небесные тела светились сами, другие были видны в отражённом либо проходящем свете. Одновременно с этим многие из них были недоступны прямому наблюдению. Они не испускали свет, прятались в газопылевых туманностях либо заслонялись вторыми скоплениями звёзд. Тогда на помощь пришла радиоастрономия, ИК-гамма обсерватории и-телескопы.

Но все эти инструменты только расширяли регистрируемый спектр электромагнитных волн, порождаемых космическими процессами и небесными телами. На расстояниях в миллиарды километров видятся и такие препятствия, каковые оказываются непрозрачными для ЭМИ всех типов. Астрофизики предполагают, что гравитационные волны окажут помощь нам получить данные об этих невидимых объектах.

Elisa проследит за искривлением пространства

Детектор eLISA содержит два позолоченных куба (изображение: ESA).

По своим параметрам гравитационные волны находятся ближе к звуковым, чем к электромагнитным, не смотря на то, что и движутся со скоростью света. Это распространяющееся возмущение самой ткани пространства-времени, которое вызывает чуть уловимые трансформации в ней. Тут, на Земле они смогут наблюдаться только в субатомных пределах – по трансформации относительного расстояния тестовой совокупности на 10-19 м и меньше на километр.

Говоря поэтическим языком, детекторы гравитационных волн разрешат нам в первый раз услышать космос, регистрируя сигналы нового типа. В отличие от ЭМИ, они фактически не встречают препятствий на своём пути. Посредством них исследователи сохраняют надежду взять новые информацию о ранних этапах развития Вселенной и проверить космологические концепции.

Детекторы LIGO выполняют измерения вот уже четырнадцатый год. За это время они смогли найти только единичный сигнал в диапазоне сотен и десятков герц. По предварительным оценкам он был следом редкого космического феномена – последней фазы слияния чёрных дыр в двойной совокупности. Таковой скудный улов разъясняется легко: из-за ограничения по длине плеч интерферометра у выстроенных лазерных обсерваторий довольно низкая чувствительность и весьма узкий рабочий диапазон.

Кип Торн, Стивен Хокинг и другие физики предполагают, что существует множество вторых источников гравитационных волн с другими параметрами. В соответствии с ОТО, периодические возмущения пространства должны исходить от любых массивных объектов при их перемещении относительно друг друга. К примеру, от двойных совокупностей с нейтронными звёздами, пульсарами и магнетарами, и при вращении сверхмассивных чёрных дыр в галактических центрах.

Elisa проследит за искривлением пространства

Схема космического лазерного интерферометра eLISA (изображение: physastro.pomona.edu).

Источников гравитационных волн в видимой части Вселенной должно быть предостаточно, дабы их ежедневная регистрация стала рутинным процессом. Неприятность только в том, что они будут очень сильно размыты по спектру, а большая часть из них окажется значительно не сильный зарегистрированных 14 сентября 2015 года.

Наблюдения при помощи радиотелескопов и теоретическое моделирование дают основания высказать предположение, что гравитационные волны в основном видятся в частотном диапазоне от 0,1 до 100 миллигерц. Для их обнаружения потребуется сделать интерферометр невиданных масштабов.

Elisa проследит за искривлением пространства

Протяженность плеч лазерного интерферометра составит от одного до пяти миллионов километров (изображение: ESA).

Наземные детекторы LIGO и VIRGO имеют последовательность фундаментальных ограничений. К примеру, их через чур сложно сделать дольше нескольких километров, а трудиться им приходится на фоне сейсмической активности и множества вторых источников колебаний.

Преодолеть эти ограничения возможно, только выйдя за пределы Почвы. Исходя из этого проводить главные наблюдения за искривлениями пространства уже в ближайшее время будут из космоса. Три космических корабля образуют вершины равностороннего треугольника и создадут двухлучевой интерферометр с длиной каждого плеча от одного до пяти миллионов километров. Именоваться он будет eLISA – (Evolved Laser Interferometer Space Antenna) – улучшенная космическая антенна лазерного интерферометра. В качестве источника когерентного света в нём употребляется твёрдотельный лазер с активной средой из алюмо-иттриевого граната (YAG) легированного ионами неодима.

Elisa проследит за искривлением пространства

Устройство eLISA (изображение: elisascience.org).

Первый элемент “Элизы” – тестовый модуль LISA Pathfinder, уже выведен на орбиту. 22 января 2016 года (через шесть недель по окончании запуска) он достиг точки Лагранжа L1 совокупности Почва – Солнце, расположенной в полутора миллионах километров от Почвы. Сейчас, 15 февраля, он удачно прошёл второй тест и доказал принципиальную возможность создания орбитального интерферометра с заявленными параметрами.

Не обращая внимания на размещение в стабильных точках Лагранжа, спутники eLISA будут непроизвольно изменять собственное положение в пространстве из-за влияния солнечного ветра. Корректировать его будет автоматическая совокупность, складывающаяся из массива ионных двигателей.

Elisa проследит за искривлением пространства

Ионные двигатели eLISA (изображение: elisascience.org).

Сама измерительная аппаратура максимально изолирована от внешних действий. Она не просто на порядки чувствительнее установленной в LIGO – это значительно более универсальный инструмент. В eLISA определяется сдвиг фазы лазерного луча, что разрешает измерять поляризацию гравитационных волн, определять направление на их источник а также выстроить карту неба.

Контролировать кое-какие эти eLISA планируется при помощи гамма-обсерватории Ферми. Она уже подтвердила обнаружение детекторами LIGO слияния двух чёрных дыр. Кроме гравитационной волны, они данный процесс породили и гамма-всплеск, что был зафиксирован спустя 0,4 с по окончании сигнала GW150914.

Elisa проследит за искривлением пространства

Перемещение спутников eLISA на гелиоцентрической орбите (анимация: Nicolas Douillet).

Посредством eLISA астрофизики смогут конкретно изучать гравитацию – фундаментальный тип сотрудничества между любыми телами, владеющими массой. Регистрация гравитационных волн в широком диапазоне разрешит лучше осознать процесс образования двойных совокупностей в отечественной галактике, замечать объединение больших черных дыр (впредь до значений красного смещения z ~ 20), взять представление о ранних этапах развития Вселенной и проверить теорию её эволюции с ускоряющимся расширением. Возможно анализ гравитационных волн разрешит лучше осознать саму природу пространства и подтвердить существование бран, обрисованных в теории струн.

ОТ АТЕИСТА К СВЯТОСТИ