Говерт Шиллинг - Складки на ткани пространства-времени [Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии] [litres]

Впечатляющие первые результаты были обнародованы в Physical Review Letters 7 июня [127] M. Armano et al., “Sub-Femto-g Free Fall for Space-Based Gravitational Wave Observatories: LISA Pathfinder Results” (М. Армано и др. Свободное падение при ускорении менее одной десятимиллиардной g в космических гравитационно-волновых обсерваториях: результаты LISA Pathfinder), Physical Review Letters 116 (7 июня 2016 г.): 231101. Доклад о ходе работ команды проекта L3 Study: https://pcos.gsfc.nasa.gov/studies/L3/L3ST_Interim_Report-Final.pdf . Инвестиционно-консультативная группа проекта строительства гравитационной обсерватории, The ESA L3 Gravitational-Wave Mission , итоговый отчет ( http://sci.esa.int/cosmic-vision/57910-goat-final-report-on-the-esa-l3-gravitational-wave-mission ). . Менее чем через две недели рабочая группа проекта L3 НАСА выложила в интернете оперативный отчет. Команда была организована в конце 2015 г. с целью подготовки списка возможностей для участия американцев в третьей флагманской миссии ЕКА. Один из выводов команды гласил, что «значительный вклад американского [научного] сообщества в разработку, подготовку и осуществление L3 повысит техническую надежность миссии и ее научную осуществимость». В отчете предлагались пути возвращения НАСА в программу в качестве младшего партнера – в полном соответствии с заключением более раннего отчета консультативной группы ЕКА по строительству гравитационной обсерватории (GOAT).

15 августа программа получила очередное ускорение, на сей раз благодаря Национальному совету по научным исследованиям. В его промежуточной оценке прогресса решения задач, поставленных в десятилетнем исследовании «Новые миры, новые горизонты» [128] Национальный совет по научным исследованиям, New Worlds, New Horizons: A Midterm Assessment («Новые миры, новые горизонты: промежуточная оценка») [Washington, DC: National Academies Press, 2016] ( https://www.nap.edu/catalog/23560/new-worlds-new-horizons-a-midterm-assessment ). , группа авторов настоятельно рекомендовала НАСА в течение текущего десятилетия вернуться к финансированию eLISA и способствовать расширению программы до первоначального масштаба. На первой странице отчета было изображение гравитационных волн в представлении художника и график GW150914. «Мы продемонстрировали свой основной посыл на обложке», – сказал участник группы Нил Корниш из Университета штата Монтана на встрече в Цюрихе через несколько недель [129] Я присутствовал на 11-м симпозиуме по LISA в Цюрихе (Швейцария) 6 и 7 сентября 2016 г. .

Это был 11-й симпозиум по LISA, состоявшийся недалеко от Швейцарского федерального технологического института (прежде Швейцарской федеральной политехнической школы), где Альберт Эйнштейн изучал физику и математику в конце XIX в. Если 9-й симпозиум напоминал похороны, то этот – празднование дня второго рождения. Все были в приподнятом настроении, особенно после сообщения директора ЕКА по науке Альваро Хименеса, что официальное объявление миссии L3 будет перенесено с 2018 г. на октябрь 2016 г. Заявки должны быть поданы в январе 2017 г., что позволит принять решение уже в 2020 г. «Мы хотим, чтобы ваши мечты осуществились, – сказал Хименес собравшимся специалистам по гравитационным волнам. – Рассчитывать на 2029 г. было бы слишком оптимистично, но мы сможем вывести миссию в космос раньше, чем предполагалось, где-то в начале 2030-х гг.».

Пол Херц, руководитель астрофизического подразделения НАСА, пообещал всемерную поддержку, признав, что «в 2011 г. исходное партнерство с LISA было разорвано», и заверив присутствующих, что «находится здесь, чтобы покончить с этим [разрывом]». Херц выразил уверенность, что программа будет настоятельно рекомендована в следующем отчете Национального совета по научным исследованиям на грядущее десятилетие, в 2020 г., при условии что ученые сумеют подготовить убедительную заявку [130] Заявка на миссию LISA (январь 2017): https://www.elisascience.org/files/publications/LISA_L3_20170120.pdf . Децигерцовая интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория (DECIGO): http://tamago.mtk.nao.ac.jp/decigo/index_E.html . .

На следующий день, в среду, 7 сентября, консорциум eLISA и рабочая группа L3 из НАСА провели первое совместное собрание и обсудили варианты изменения и совершенствования исходного плана миссии. НАСА не обещало вернуться к финансированию 50/50, но и несколько миллионов долларов очень важны. Вариантов усовершенствований предлагалось много: более крупные телескопы, более мощные лазеры, бóльшая длина плеч (2 млн км или даже 5 млн). Как сказал Данцманн: «Мы должны предложить нечто такое, чтобы все упали». Ученым очень хотелось вернуться к схеме из трех интерферометров вместо одного, с размещением лазеров на каждом из трех космических аппаратов. Все надеялись, что V-образную схему eLISA с двумя плечами удастся достроить до замкнутого треугольника. «Мы хотим вернуть третье плечо, – заявил Данцманн ко всеобщему восторгу, – и мы вернем третье плечо».

Физик из MIT Дэвид Шумейкер, работающий по этому направлению с 1975 г. и по настоящее время возглавляющий Advanced LIGO, был чрезвычайно доволен: «Это очень важное собрание. Судя по всему, это поворотный пункт в судьбе eLISA. Я предлагаю отныне отказаться от е в названии. Теперь у нас снова LISA».

До принятия окончательного решения по строительству Лазерно-интерферометрической космической антенны еще пройдет время (заявка на миссию подана 13 января 2017 г.), но уже ясно, что в начале 2030-х гг. лазерные пучки начнут переотражаться между тремя космическими аппаратами, летящими группой вокруг Солнца в нескольких миллионах километров друг от друга, держа дистанцию с точностью до пикометра. Наконец астрономы смогут зарегистрировать волны Эйнштейна на миллигерцовых частотах, излученные тесными двойными системами и сливающимися сверхмассивными ЧД на окраинах наблюдаемой Вселенной.

LISA, возможно, не останется в одиночестве. На собрании в Цюрихе Сюити Сато из токийского Университета Хосэй отчитался в ходе работ по проекту «Децигерцовой интерферометрической гравитационно-волновой обсерватории» (Deci-hertz Interferometer Gravitational Wave Observatory, DECIGO). Масштабный замысел возник в 2001 г. DECIGO должен был стать своего рода мини-LISA с тремя маленькими космическими аппаратами на дистанции порядка тысячи километров друг от друга. В следующем десятилетии на орбиту Земли можно будет вывести демонстрационную миссию поменьше (pre-DECIGO) с плечами 100 км, а в 2030-х гг. осуществить программу в полном объеме.

Тем временем китайские ученые строят планы создания двух космических интерферометров. Первый – «ТянКин» – предложен командой университета Чжуншань в Гуанчжоу. Он будет состоять из трех аппаратов на орбите Земли, образующих гигантский треугольник с Землей в центре. Плечи интерферометра составят около 150 000 км. Более крупная структура для размещения на орбите Солнца разрабатывается Академией наук КНР. При длине плеч 3 млн км она сопоставима с LISA. По словам Гань Цзина из Института механики АН КНР, два китайских проекта могут быть объединены в одну миссию с предполагаемым выводом в космос в начале 2030-х гг.