Гравитационные волны, существование которых определено в Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, были зарегистрированы непосредственно только в прошлом году при помощи наземной гравитационной обсерватории LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory). И дальнейшее изучение природы Вселенной требует более углубленного изучения гравитационных волн, к реализации которого планирует приступить в ближайшее время Европейское космическое агентство (ЕКА). В настоящее время руководство ЕКА ожидает поступления предложений от ведущих европейских ученых, которые должны стать основой миссии eLISA L3, запуск которой планируется произвести в 2034 году.

В отличие от других видов излучений и полей, у гравитации не существует ее «отрицательного» аналога и ее невозможно заблокировать никаким из известных на сегодняшний день способов. Из-за такого свойства гравитации гравитационные волны могут беспрепятственно распространяться где угодно, проходя через любые скопления материи. Ученые-астрономы рассматривают гравитационные волны как аналог «космического рентгена», который позволит им исследовать глубины космоса и видеть назад во времени на очень большую дистанцию.

К сожалению, обнаружение гравитационных волн является совсем непростым делом. Создание гравитационных волн более-менее высокой амплитуды происходит лишь при самых высокоэнергетических событиях. К примеру, сигнал, зарегистрированный в 2014 году, был произведен столкновением черных дыр, масса каждой из которых в 30 раз превышала массу Солнца, произошедшим на удалении 1.3 миллиарда световых лет от Земли. А сигнал, зарегистрированный в декабре прошлого года, был результатом столкновения черных дыр, масса которых в семь и четырнадцать раз превышала массу Солнца.

Датчики гравитационных волн, установленные на Земле, способны улавливать волны, частотой около 100 Гц. Не космическая гравитационная обсерватория, состоящая из нескольких аппаратов, находящихся на большом удалении друг от друга и связанных между собой лучами лазерного света, будет способна регистрировать гравитационные волны, частота которых лежит в диапазоне от 1 Гц до 0.1 МГц. Регистрация более низкочастотных гравитационных волн позволит улавливать прямые сигналы от различных видов экзотических космических объектов, таких, как сверхмассивные черные дыры, масса которых превосходит массу Солнца в миллиарды раз, и событий, таких, как превращение нейтронной звезды в черную дыру.

Основой для будущей миссии станет опыт и знания, приобретенные в ходе миссии LISA (Laser Interferometric Space Antenna) Pathfinder, которая была запущена в декабре 2015 года. В этом эксперименте был использован золотой и платиновый шар, диаметром в 4.5 сантиметра, который плавал в пространстве, удерживаемый от контакта с частями космического аппарата электростатическим полем. Перемещения этих сфер фиксировались с точностью до миллионной доли миллиметра, а космический аппарат поддерживал свое положение в пространстве с высокой точностью при помощи системы микродвигателей. За первые два месяца работы эксперимент LISA продемонстрировал, что точность измерения колебаний шаров достаточна для детектирования гравитационных волн, хотя для большей чистоты эксперимента еще потребуется принять дополнительные меры по устранению влияния на него некоторых внешних факторов.

Будущая программа eLISA будет состоять из нескольких этапов. Первым этапом станет миссия ESA L2, запуск которой планируется на 2028 год и космический аппарат которой будет представлять собой самый совершенный рентгеновский телескоп. В ходе следующей миссии L3 в космос отправятся три космических аппарата, которые разойдутся на большую дистанцию и при помощи лучей лазерного света стабилизируют свое положение друг относительно друга с высокой точностью. После этого аппараты будут представлять собой так называемый интерферометр Михельсона с основанием в один миллион километров.

Однако, для успешной реализации миссий eLISA ученым и инженерам предстоит проделать массу работы. Для этих миссий потребуются мощные лазеры, чрезвычайно стабильные телескопы и масса других вещей, которые позволят «связать» в единое целое аппараты, находящиеся на удалении миллионов километров друг от друга.

Прием предложений от научных организаций будет вестись ЕКА до 16 января 2017 года. После некоторого времени, требующегося на анализ этих предложений, руководство ЕКА примет ряд решений, некоторые из которых будут касаться начала проведения предварительных исследований.