Новое поколение космических телескопов обещает расширить наше представление о Вселенной, позволяя наблюдать галактики, сформировавшиеся в первые миллиарды лет, и изучать состав атмосфер далеких планет. Это знаменует собой начало беспрецедентной астрономической революции.
Среди наиболее ожидаемых технологий, способных трансформировать космическую науку, выделяется обсерватория LISA, разработанная Европейским космическим агентством (ESA) в сотрудничестве с NASA. Миссия была официально одобрена для строительства в начале 2024 года, а ее запуск запланирован на 2035 год на борту ракеты Ariane 6. Проект призван переопределить современную астрофизику путем мониторинга космической ткани с исключительной точностью.
LISA, что расшифровывается как Лазерный интерферометрический космический антенный комплекс, является, возможно, самым инновационным проектом среди оборудования следующего поколения, поскольку он функционирует иначе, чем традиционный телескоп. Он не будет использовать никакого типа света — видимого, инфракрасного или рентгеновского — для наблюдения за небом.
Как объясняет астроном Марсело Зурита, президент Ассоциации Параибской астрономии (APA), член Бразильского астрономического общества (SAB), технический директор Бразильской сети наблюдения метеоров (Bramon) и автор колонки в Olhar Digital, эта обсерватория будет кардинально отличаться от привычных нам инструментов. «Это будет телескоп, который спроектирован не для того, чтобы видеть Вселенную, а чтобы ощущать ее вибрацию».
Вместо светового излучения LISA будет использовать гравитационные волны — искажения самой пространственно-временной ткани, предсказанные в Общей теории относительности Альберта Эйнштейна в 1916 году. Зурита поясняет, что благодаря этому прибору ученые смогут «изучать космос посредством гравитационных волн, крошечных колебаний в пространстве-времени, предсказанных Общей теорией относительности».
Миссия будет состоять из трио идентичных спутников, которые будут отправлены в космос для обращения вокруг Солнца, следуя за Землей по гелиоцентрической орбите. Астроном подробно описывает принцип работы: «Три космических аппарата будут разделены расстоянием около 2,5 миллионов километров, двигаясь в формации и обмениваясь лазерными лучами между собой». Внутри каждого устройства свободно парят кубы, изготовленные из специального сплава золота и платины, которые служат тестовыми массами в состоянии абсолютного свободного падения.
Три аппарата будут использовать непрерывные лазерные лучи для измерения расстояния между парящими кубами с точностью, меньшей, чем диаметр одного атома гелия. По словам Зуриты, мельчайшие изменения этих расстояний «позволят обнаружить гравитационные волны, вызванные слиянием сверхмассивных черных дыр или компактных систем звезд, например».
Когда в космосе происходит мощное космическое событие, оно генерирует эти волны, которые распространяются по космосу со скоростью света. Когда эти невидимые колебания проходят мимо космических аппаратов, они растягивают и сжимают пространство между ними, что мгновенно фиксируется лазерами системы.
На Земле такие установки, как Лазерная интерферометрическая обсерватория гравитационных волн (LIGO) в Соединенных Штатах, используют вакуумные трубы длиной в четыре километра для регистрации этих деформаций пространства. Однако LIGO ограничен захватом высокочастотных и коротких гравитационных волн, производимых столкновениями более мелких черных дыр или нейтронных звезд. Кроме того, наземные детекторы постоянно подвержены неизбежным помехам от шумов и сейсмических колебаний самой планеты.
Благодаря изоляции в космическом пространстве и миллионным километрам измерительных плеч, LISA сможет уловить чрезвычайно низкие частоты и непрерывные сигналы от поистине колоссальных событий. Он зарегистрирует слияние сверхмассивных черных дыр в центрах далеких галактик и спиральное движение тысяч двойных звездных систем в нашей собственной Галактике Млечный Путь. Миссия позволит проверить пределы гравитации в экстремально сильных полях.
Техническая осуществимость этой монументальной архитектуры была успешно продемонстрирована в период с 2015 по 2017 год миссией LISA Pathfinder от ESA. Этот экспериментальный спутник доказал в космосе, что полностью возможно изолировать тестовые кубы от воздействия внешних сил, таких как давление солнечного ветра, поддерживая их в почти идеальном свободном падении. Абсолютный успех этого испытания обеспечил окончательный зеленый свет для строительства этой констелляции.
Научный проект также отличается тем, что работает в гармонии с другими крупными космическими инструментами новой эры, такими как Космический телескоп Джеймса Уэбба и будущая рентгеновская обсерватория Athena. В то время как оптические и инфракрасные телескопы улавливают свет и излучение от звезд, LISA предоставит дополнительные гравитационные данные.
Как подчеркивает Зурита, проект «станет первой обсерваторией гравитационных волн в космосе и должен открыть новое окно во Вселенную, дополняющее астрономию, основанную на свете». Такой комбинированный подход, известный в астрономии как мультимессенджерное наблюдение, позволит анализировать одно и то же космическое событие с противоположных физических точек зрения. Как резюмирует специалист, «вместо того чтобы просто наблюдать излучение от космического явления, LISA сможет напрямую детектировать гравитационные возмущения, вызванные одними из самых экстремальных событий во Вселенной».
Данные, собранные LISA, помогут ученым понять, как сверхмассивные черные дыры выросли до размеров в миллиарды масс нашего Солнца в ранних фазах Вселенной. Более того, точное измерение гравитационных волн предоставит новый независимый инструмент для расчета скорости расширения космоса, известной в космологии как постоянная Хаббла, помогая разрешить одно из величайших расхождений современной физики.
С этой монументальной структурой LISA подарит человечеству совершенно новое понимание современной астрофизики. Если раньше ученые просто смотрели на Вселенную через свет, испускаемый звездами, теперь человечество сможет слушать ее напрямую через вибрации самой ткани пространства-времени. Этот исторический сдвиг в перспективе обещает раскрыть глубокие тайны, которые были полностью скрыты с момента зарождения нашего космоса.