Складки на ткани пространства-времени. Эйнштейн, гравитационные волны и будущее астрономии

Среди участников 11-й Конференции по гравитационным волнам им. Эдоардо Амальди в конце июня 2015 г. в Кванджу (Южная Корея) царило приподнятое настроение[126]. «Слухи о кончине LISA оказались сильно преувеличенными», – обратился к аудитории британский астрофизик Джонатан Гейр, перефразируя Марка Твена, после чего описал фантастический научный потенциал программы. Саймон Барке из руководимого Данцманном Института им. Альберта Эйнштейна в Ганновере был столь же оптимистичен. На одном из слайдов его презентации аббревиатура eLISA расшифровывалась как «совершенствующаяся лазерно-интерферометрическая космическая антенна» вместо «усовершенствованная». Кто знает, возможно, миссия вернет былой размах! Или ее удастся вывести в космос на пять лет раньше, в 2029 г., в 150-летнюю годовщину со дня рождения Альберта Эйнштейна. Барке даже предположил, что к программе может снова присоединиться НАСА, особенно в случае успеха LISA Pathfinder или первых прямых регистраций наземными интерферометрами. Он, разумеется, не мог знать, что до GW150914 оставалось меньше трех месяцев.

Кстати, НАСА не осталось в стороне. Агентство выразило заинтересованность в участии в миссии eLISA и готовность вложить до $150 млн, а также подключилось к программе LISA Pathfinder. На космический аппарат были установлены система контроля отсутствия сопротивления и ориентации, а также микродвигатели разработки американских ученых, работающие с теми же контрольными грузами, что и европейское оборудование, но по другой технологии. В демонстрационной миссии будущей гигантской и дорогой космической обсерватории имеет смысл протестировать разные подходы.

Затем наступил чудесный 2016 г.

22 января, через 7 недель после успешного вывода в космос, LISA Pathfinder достиг расчетной точки примерно в 1,5 млн км от Земли по направлению к Солнцу. В четверг, 11 февраля, ученые LIGO и Virgo сделали эпохальное заявление о регистрации GW150914. О гравитационных волнах узнал весь мир. Пять дней спустя два куба из золота и платины были отпущены в свободное падение в тесных камерах внутри Pathfinder (во время запуска и полета они были жестко зафиксированы механическими зажимами и «пальцами»). Выполнение научной программы началось 1 марта.

Скоро стало очевидно, что LISA Pathfinder превосходит всеобщие ожидания. Экранированное нутро космического аппарата оказалось самым спокойным местом в Солнечной системе. Чистое остаточное относительное ускорение контрольных грузов составило около одной сотой от одной квадриллионной доли ускорения свободного падения на Земле. Если эта цифра ничего вам не говорит, такое ускорение создает сила, эквивалентная весу на Земле кишечной палочки. Это состояние достаточно близко непотревоженному свободному падению, чтобы регистрация низкочастотных волн Эйнштейна стала возможной. Более того, лазерный интерферометр Pathfinder способен измерять расстояние между двумя кубиками с точностью до 35 фемтометров (3,5 × 10⁻¹⁴ м), значительно превышающей требуемую.

Впечатляющие первые результаты были обнародованы в Physical Review Letters 7 июня[127]. 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], 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].