Складки на ткани пространства-времени - Говерт Шиллинг

Есть и плохие. Терпения потребуется много. Волны останутся неизмеряемыми до тех пор, пока две нейтронные звезды не начнут с бешеной скоростью носиться по орбите на расстоянии всего нескольких десятков километров друг от друга. Перед самым их столкновением – и, возможно, превращением в ЧД – частота и амплитуда волн существенно возрастут. Слияние вызовет последний мощный выброс волн Эйнштейна, который смогут зарегистрировать датчики на Земле, – физик из Принстона Фриман Дайсон предсказал это еще в 1963 г.[39] Но с пульсаром Халса – Тейлора это произойдет не раньше, чем через 300 млн лет.

Впрочем, другие двойные звезды ведут себя так же: сужение орбиты, уменьшение периодов и в конце концов столкновение. Например, PSR J0737–3039 (знаменитый двойной пульсар) сольется примерно через 85 млн лет. Системе из двух белых карликов WD 0931+444 осталось жить меньше 9 млн лет. Другая двойная звезда, состоящая из белых карликов, J0651+2844 сольется через каких-то 2,5 млн лет. Возможно, в Млечном Пути есть системы двойных звезд, столкновение которых произойдет через 10 лет или завтра. Помните, множество двойных нейтронных звезд не наблюдаемы для нас, потому что их узконаправленные импульсы ориентированы в других направлениях.

Более того, незачем ограничиваться Млечным Путем. Финальное слияние двух массивных компактных объектов, таких как нейтронные звезды или белые карлики, порождает мощные волны Эйнштейна – настолько мощные, что их можно зарегистрировать на Земле, даже если столкновение произошло в соседней галактике. Постройте чувствительный детектор гравитационных волн и сможете уловить пульсации пространства-времени вследствие слияния нейтронных звезд на расстоянии десятков миллионов световых лет.

Любопытно, что слияния столь далеких нейтронных звезд, возможно, уже наблюдались. То и дело искусственные спутники Земли фиксируют короткие выбросы высокоэнергетического гамма-излучения в глубоком космосе. Эти гамма-всплески (читайте о них в главе 14) бывают двух видов. Длинные, длительностью много секунд или даже минут, вероятно, являются следствием взрыва сверхмассивных звезд. Короткие, в долю секунды, скорее всего, вызваны слияниями нейтронных звезд в далеких галактиках.

Как бы то ни было, открытие пульсаров и обнаружение снижения орбиты компактных систем двойных звезд чрезвычайно вдохновило охотников на гравитационные волны и подхлестнуло поиски. Как писали Джоэл Вайсберг, Джо Тейлор и Ли Фоулер в 1981 г. в статье для журнала Scientific American: «Изучение двойного пульсара станет стимулом для исследователей, работающих над экспериментами с гравитационными волнами. Теперь представляется несомненным, что предмет их поисков действительно существует»[40].

Гравитационные волны действительно существуют.

Нейтронные звезды действительно сталкиваются.

Настал момент для прямой регистрации неуловимых возмущений пространственно-временного континуума!

Если резонансные антенны для этого не годятся, пора применить новый подход и новое оборудование, намного более чувствительное, чем алюминиевые цилиндры Джо Вебера: лазерный интерферометр.

Я посещал LIGO дважды[41].

Впервые – весной 1998 г., когда Лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая лаборатория еще строилась и состояла из огромного короба и двух стальных труб диаметром 1,2 м. Начальник строительства Джерри Стэпфер провел меня по площадке, но смотреть было не на что. «Здесь будет пост управления» – большая пустая комната с нераспакованными коробками. «Здесь дирекция» – пустые комнаты поменьше с мебелью, обернутой в полиэтилен. «А здесь LVEA», зона размещения лазерного и вакуумного оборудования, – громадный пустой зал: вилочный погрузчик в дальней части казался игрушечным. Маленький круг на бетонном полу отмечал местоположение сердца LIGO – светоделителя.

Во второй раз я посетил обсерваторию в конце января 2015 г., примерно через 13 лет после того, как LIGO начала поиск гравитационных волн. Совсем иное впечатление! Луч лазера переотражался внутри двух 4-километровых плеч интерферометра. Я почти 10 минут ехал на машине от одного конца L-образного детектора до другого (огромные размеры всего комплекса можно оценить с воздуха или с помощью Google Earth). На посту управления молодые ученые и инженеры прилипли к мониторам: повсюду хипстерские бороды, «хвосты» и ботанские футболки. На гигантских экранах по стенам отображалось состояние инструментов детектора. Зона LVEA была заполнена чуткими приборами, упрятанными в вакуумные резервуары из нержавеющей стали. Готовые декорации для фильма о Джеймсе Бонде!

Совершенно другой вид открывался с крыши главного здания. В 1998 г. передо мной простирались леса и болота под Ливингстоном в Луизиане. В 2015 г. раскинулась пустынная панорама Хэнфордского комплекса на юго-востоке штата Вашингтон. Не спешите удивляться! Напомню, что были построены две одинаковые обсерватории LIGO на расстоянии около 3030 км друг от друга (по той же причине, по которой Джо Вебер работал с двумя далеко разнесенными в пространстве резонансными антенными детекторами, – чтобы исключить ложноположительные результаты). Однако, находясь внутри, вы не заметите разницы между двумя научными комплексами. Ученые из Ливингстона, приезжающие в Хэнфордскую обсерваторию, легко в ней ориентируются (разве что некоторые двери открываются иначе).

Принадлежащий министерству энергетики Хэнфордский комплекс к северу от города Ричланда не пользуется популярностью у туристов. Семьдесят с лишним лет назад здесь работал плутониевый реактор, вырабатывающий топливо для атомной бомбы, которая была взорвана над японским городом Нагасаки в августе 1945 г. К северо-западу от LIGO счетчики Гейгера выдают присутствие огромного подземного хранилища радиоактивных отходов. Трасса № 10, соединяющая шоссе № 240 и дорогу Глейд-Норт, представляет собой длинную прямую полосу асфальта в пустыне. Пыль и перекати-поле проносятся через короткую подъездную дорогу к LIGO.

В Луизиане все иначе. Ливингстон – тихий городок к востоку от Батон-Руж. Автозаправочная станция, хозяйственный магазин и несколько сотен домов – вот, собственно, и все. Поворот за магазином фейерверков выводит на трассу № 63, проложенную на север. Следуя плавным изгибам шоссе, вы недолго едете через лес и оказываетесь на грунтовке, ведущей в северо-западном направлении к обсерватории. Главное здание окружено маленькими прудами и группами деревьев. Обстановка более расслабленная и непринужденная, как и следует ожидать в «Пеликаньем штате».