Учёные придумали, как увеличить на несколько порядков чувствительность детекторов гравитационных волн

Европейские физики предложили концепцию космического детектора гравитационных волн, который может оказаться в сто раз чувствительнее проекта LISA, разрабатываемого в настоящее время ЕКА. Речь идет о миссии LISAmax, где плечи лазерного интерферометра предлагается развести на расстояние, сравнимое с дистанцией от Земли до Солнца. Если инициатива получит поддержку, человечество получит инструмент, способный регистрировать не только слияния черных дыр, но и «эхо» Большого взрыва.

Предел возможностей наземных обсерваторий

Современные гравитационные обсерватории, такие как LIGO и VIRGO, имеют длину плеч около трех километров. Эта физическая характеристика жестко ограничивает диапазон регистрируемых волн. Такие установки способны улавливать события, порожденные слиянием объектов массой в десятки солнечных. Для наблюдения за сверхмассивными черными дырами, масса которых исчисляется миллионами солнечных масс, необходимы плечи длиной в миллионы километров. Реализовать подобную конструкцию на Земле невозможно — это требует выхода в открытый космос.

Проект LISA: первый шаг в гравитационную астрономию нового поколения

В качестве решения Европейское космическое агентство (ЕКА) разрабатывает миссию LISA. Этот проект, утвержденный еще в 2017 году, предполагает размещение в космосе трех аппаратов, образующих равносторонний треугольник со стороной 2,5 миллиона километров. Запуск комплекса намечен на середину 2030-х годов. LISA должна стать первым космическим инструментом, способным регистрировать гравитационные волны от слияния сверхмассивных объектов, что станет значительным шагом вперед по сравнению с наземными детекторами.

Концепция LISAmax: увеличение чувствительности на два порядка

Группа исследователей, опубликовавшая работу в журнале Classical and Quantum Gravity, предлагает не останавливаться на достигнутом. По их расчетам, если разместить интерферометры не на свободной орбите, а в точках Лагранжа системы Солнце-Земля, длину плеча можно увеличить до 295 миллионов километров. Проект получил рабочее название LISAmax. Такая конфигурация позволит детектировать сигналы в диапазоне частот ниже 1 мГц, что сделает систему на два порядка чувствительнее базовой версии LISA. При этом, по оценкам авторов, затраты на реализацию возрастут не столь значительно.

Увеличение базы интерферометра до астрономических масштабов открывает качественно новые горизонты. Помимо регистрации слияний черных дыр и нейтронных звезд в широчайшем диапазоне масс, LISAmax сможет охотиться за так называемыми реликтовыми гравитационными волнами. Это излучение, возникшее в первые мгновения после Большого взрыва, несет информацию о процессах, которые невозможно изучить никакими другими методами. Кроме того, огромная база интерферометра обеспечит беспрецедентную точность локализации источников сигналов на небесной сфере.

Пока научное сообщество оценивает перспективы проекта LISAmax, параллельно развивается и наземная инфраструктура. Индия подтвердила намерение построить к 2030 году собственный детектор — аналог LIGO. Появление новой точки наблюдения в другом полушарии позволит значительно повысить точность триангуляции источников гравитационных волн, дополнив данные, получаемые американской и европейской обсерваториями.