Новая работа международной группы астрономов оценила возможности будущего гигантского детектора гравитационных волн. Проект LISA помимо своей главной задачи будет искать новые фундаментальные поля и вновь пытаться обнаружить отклонения от предсказаний Общей теории относительности Эйнштейна.
LISA — амбициозный проект Европейского космического агентства по созданию гигантского детектора гравитационных волн. В его состав войдут три одинаковых аппарата, разделяемых равносторонним треугольником с каждой стороной 2,5 миллиона километров.
Из названия аппаратов ясно, что связь между ними осуществляется посредством лазеров. Изменение фазы лазерного луча позволит определить смещение аппаратов друг относительно друга. Это даст возможность не только заметить прохождение гравитационной волны, но и измерить ее поляризацию, а также определить направление к источнику. Причем треугольная форма LISA позволяет достичь большей точности определения направления, чем у работающих сегодня наземных детекторов LIGO и Virgo.
LISA сможет регистрировать гравитационные волны миллигерцевого диапазона, которые недоступны наземным интерферометрам из-за шумов (антропогенных и сейсмических), полностью компенсировать которые невозможно. Такой диапазон измерений позволит обнаружить гравитационные волны от систем, состоящих из массивной черной дыры, масса которой может быть в миллионы раз больше массы Солнца, и компактного объекта звездной массы — это может быть как черная дыра, так и нейтронная звезда. Такие системы называются спиральными системами с экстремальным отношением масс или EMRI (extreme mass-ratio inspirals).
Группа астрономов из Италии и Великобритании провела исследование. опубликованном в журнале Nature AstronomyLISA, космический интерферометр, показал возможность обнаружения новых фундаментальных полей при наблюдениях EMRI.
Профессор Томас Сотириу (Thomas SotiriouДиректор Ноттингемского центра по изучению гравитации поясняет: новые фундаментальные поля, в частности скалярные, предлагались для объяснения темной материи, ускоренного расширения Вселенной или низкоэнергетических проявлений полного описания гравитации и элементарных частиц. LISA обеспечит беспрецедентные возможности для обнаружения скалярных полей.
Некоторые обобщения Общей теории относительности Эйнштейна предполагают существование скалярных гравитационных волн, где в каждой точке описаны всего одним числом — зарядом. Согласно самой ОТО, взаимодействие описывается с помощью тензорного поля, которое представлено тензором — n-мерной матрицей.
Наблюдения наземных гравитационных детекторов за астрофизическими объектами с малыми гравитационными полями согласуются с теорией Эйнштейна и подтверждают существование только тензорных гравитационных волн. Тем не менее, есть предположение, что отклонения от Общей теории относительности могут быть обнаружены в более экстремальных ситуациях, например, в EMRI.
Учёные предложили новый способ моделирования сигнала от тела звёздной массы, вращающегося вокруг чёрной дыры, и определили возможности LISA регистрировать скалярные гравитационные поля.
LISA может измерять скалярный заряд малых тел в системах EMRI с точностью до одного процента, независимо от природы поля и свойств компактного объекта.