Проект поиска гравитационных волн в космосе прошел первые испытания

Научный коллектив миссии LISA Pathfinder опубликовал первые результаты работы космического аппарата. В частности, физики доказали, что точность научного оборудования аппарата близка к требуемой для будущей космической гравитационной обсерватории. Взаимные ускорения тестовых кубов, которые станут концами плеч космических интерферометров, не превышали одной десятиквадрилионной (10^-16) от ускорения свободного падения. Ученые ожидали результата примерно в пять раз хуже. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, кратко с ним можно ознакомиться в пресс-релизе Европейского космического агентства. 

В эксперименте LISA Pathfinder два небольших тестовых тела (двухкилограммовые кубы) находятся в состоянии почти идеального свободного падения — то есть они двигаются лишь под действием сил гравитации. Для его поддержания требуется избегать влияния любых внешних сил — например, кулоновского притяжения или отталкивания вызванного остаточными зарядами на кубах. Расхождения со свободным падением определяют количественно по тому, на сколько отличаются траектории движения тел. Ученые измеряют относительные ускорения кубов с помощью лазерного интерферометра, установленного в аппарате. При этом измерения ведутся для различных частот — это позволит выяснить, насколько будущий космический интерферометр будет чувствителен к гравитационным волнам разных частот.

Физики выяснили, что при частотах до одного миллигерца (одно колебание за 1000 секунд или больше) наибольшую погрешность вносит центробежное ускорение, вызванное вращением аппарата. Последнее необходимо для того, чтобы поддерживать связь с Землей и направлять солнечные батареи к Солнцу. Хотя это вращение можно в точности описать и «вычесть» из результатов измерений, в данных все равно остается некоторый шум неизвестной природы. Однако, на интервале от 0,7 до 20 миллигерц он лишь на 25 процентов больше, чем требуемый для строительства космической обсерватории.

При частотах от 1 до 60 миллигерц на движения кубов влияют их столкновения с молекулами газа, оставшегося в приборе. Со временем газ покидает объем и величина этого шума уменьшается. Измерения на частотах свыше 60 миллигерц ограничены лишь точностью оптической системы и, по словам ученых, более чем в 100 раз превышают необходимую точность. Интересным артефактом является пик при частоте в 70 миллигерц, происхождение которого неизвестно.

LISA Pathfinder — космический аппарат, предназначенный для тестирования технологий, необходимых для постройки космической гравитационной обсерватории eLISA. Об этом проекте мы уже писали ранее. Она будет состоять из трех спутников, удаленных друг от друга по меньшей мере на миллион километров и обращающихся на земной орбите в точке Лагранжа L1. Свободно падающие кубы должны будут быть концами плеч лазерного интерферометра.

Ожидается, что обсерватория будет способна обнаружить гравитационные волны низких частот (менее одного миллигерца против 100-герцовых волн, обнаруженных LIGO) — их источниками могут быть столкновения сверхмассивных черных дыр в центрах галактик. Запуск обсерватории планировался на 2034 год, но возможно будет перенесен на 2029 год.

Владимир Королёв