|
Гравитационно-волновая обсерватория на Луне
|
|
|
|
В 2015 году ученые обнаружили первую давно предсказанную гравитационную волну, и с тех пор исследователи жаждут более совершенных детекторов. Но на Земле тепло и сейсмически шумно, и это всегда будет ограничивать эффективность наземных детекторов. Является ли Луна подходящим местом для новой гравитационно-волновой обсерватории? Возможно, это так. Отправка телескопов в космос сработала хорошо, и установка обсерватории GW на Луне тоже могла бы сработать, хотя это предложение, очевидно, очень сложное. Большая часть астрономии посвящена свету. Чем лучше мы его ощущаем, тем больше узнаем о природе. Вот почему такие телескопы, как "Хаббл" и JWST, находятся в космосе. Атмосфера Земли искажает изображения, полученные с помощью телескопа, и даже блокирует часть света, например инфракрасного. Космические телескопы решают обе эти проблемы и произвели революцию в астрономии.
|
|
|
|
Гравитационные волны - это не свет, но для их обнаружения все равно требуется исключительная чувствительность. Точно так же, как атмосфера Земли может создавать "шум" при наблюдениях в телескоп, сейсмическая активность Земли может создавать проблемы для детекторов гравитационных волн. У Луны есть большое преимущество перед нашей динамичной, постоянно меняющейся планетой: она обладает гораздо меньшей сейсмической активностью. Со времен "Аполлона" мы знали, что Луна обладает сейсмической активностью. Но, в отличие от Земли, большая часть ее активности связана с приливными силами и ударами крошечных метеоритов. Сейсмическая активность на Луне также слабее и намного глубже, чем на Земле. Это привлекло внимание исследователей, разрабатывающих лунную гравитационно-волновую антенну (LGWA).
|
|
|
Разработчики LGWA написали новую статью "Лунная гравитационно-волновая антенна: исследования миссии и научный пример" и разместили ее на сервере препринтов arXiv. Ведущим автором является Парамешваран Аджит, физик/астрофизик из Международного центра теоретических наук Института фундаментальных исследований Тата, Бангалор, Индия. Аджит также является членом научного сотрудничества LIGO. Гравитационно-волновая обсерватория (GWO) на Луне восполнила бы пробел в частотном покрытии. "Учитывая размер Луны и ожидаемый шум, создаваемый лунным сейсмическим фоном, LGWA сможет наблюдать колебания в диапазоне примерно от 1 МГц до 1 Гц", - пишут авторы. "Это сделало бы LGWA недостающим звеном между космическими детекторами, такими как LISA, с максимальной чувствительностью около нескольких миллигерц, и предполагаемыми будущими наземными детекторами, такими как телескоп Эйнштейна или Cosmic Explorer".
|
|
|
|
В случае создания LGWA будет состоять из множества детекторов планетарного масштаба. Уникальные условия на Луне позволят LGWA открыть более широкое окно в науку о гравитационных волнах. Луна отличается чрезвычайно низкой фоновой сейсмической активностью, которую авторы описывают как "сейсмическую тишину". Отсутствие фонового шума обеспечивает более чувствительное обнаружение. На Луне также очень низкие температуры в постоянно затененных областях (PSR). Детекторы должны быть переохлаждены, а низкие температуры в PSR облегчают эту задачу. LGWA будет состоять из четырех детекторов, установленных в кратере PSR на одном из полюсов Луны. LGWA - это амбициозная идея, которая может кардинально изменить результаты научных исследований. В сочетании с телескопами, наблюдающими во всем электромагнитном спектре, и детекторами нейтрино и космических лучей — так называемой мультисенсорной астрономией - это может улучшить наше понимание целого ряда космических событий.
|
|
|
|
LGWA будет обладать некоторыми уникальными возможностями для обнаружения космических взрывов. "Только LGWA может наблюдать астрофизические события, в которых участвуют WD (белые карлики), такие как приливные нарушения (TDE) и SNE Ia", - объясняют авторы. Они также отмечают, что только LGWA сможет за несколько недель или даже месяцев предупредить астрономов о слиянии компактных двойных систем солнечной массы, включая нейтронные звезды. LGWA также сможет обнаружить более легкие двойные черные дыры средней массы (IMBH) в ранней Вселенной. IMBH сыграли определенную роль в формировании современных сверхмассивных черных дыр (SMBH) в центре галактик, подобных нашей собственной. У астрофизиков есть много вопросов, связанных с черными дырами и тем, как они эволюционировали, и LGWA должен помочь ответить на некоторые из них.
|
|
|
|
Слияния двойных белых карликов (DWD) за пределами нашей галактики - это еще одна вещь, которую сможет обнаружить только LGWA. Они могут быть использованы для измерения постоянной Хаббла. За прошедшие десятилетия ученые получили более точные измерения постоянной Хаббла, но по-прежнему существуют расхождения. LGWA также расскажет нам больше о Луне. Его сейсмические наблюдения позволят раскрыть внутреннюю структуру Луны более подробно, чем когда-либо. Ученые до сих пор многого не знают о ее формировании, истории и эволюции. Сейсмические наблюдения LGWA также позволят пролить свет на геологические процессы на Луне. Миссия LGWA все еще находится в стадии разработки. Прежде чем ее можно будет реализовать, ученым необходимо больше узнать о том, где они планируют ее разместить. Вот тут-то и начинается предварительная миссия по проверке звука.
|
|
|
|
В 2023 году ЕКА включило программу Soundcheck в свой резерв научных исследований на Луне. Программа Soundcheck будет не только измерять сейсмические смещения поверхности, магнитные колебания и температуру, но и станет демонстрационной миссией технологий. "Проверка технологии Soundcheck сосредоточена на развертывании, работе инерционных датчиков и их считывании, управлении температурой и выравнивании платформы", - объясняют авторы. В астрономии, астрофизике, космологии и смежных научных областях всегда кажется, что мы стоим на пороге новых открытий и нового понимания Вселенной и того, как мы вписываемся в нее. Причина, по которой так всегда кажется, в том, что это правда. У людей это получается все лучше и лучше, и появление и расцвет науки о ГВ является тому примером, хотя мы только начинаем. Не прошло и десяти лет с тех пор, как ученые впервые обнаружили ГВ. Что будет дальше? "Несмотря на эту хорошо разработанную дорожную карту для GW science, важно понимать, что исследование нашей Вселенной с помощью GWs все еще находится в зачаточном состоянии", - пишут авторы в своей статье. "В дополнение к огромному ожидаемому влиянию на астрофизику и космологию, в этой области высока вероятность неожиданных и фундаментальных открытий".
|
|
|
|
Источник
|
