Блюз черных дыр и другие мелодии космоса - Жанна Левин

Еще одним экзотическим источником гравитационных волн являются одиночные быстро вращающиеся нейтронные звезды. Если поверхность такой звезды является идеально ровной, то в искривленном окружающем ее пространстве-времени гравитационные волны не образуются. Но любая возвышенность на поверхности вращающейся нейтронной звезды, подобно веслу при каждом новом обороте, создает вихри пространства-времени. Звук от вращающихся слегка шероховатых нейтронных звезд представляет собой чистый не модулированный тон. Он не становится ни громче, ни тише. Он не меняет свою частоту. Вращающаяся нейтронная звезда с неровностями на поверхности звучит непрерывно и монотонно.

Момент Большого взрыва, скорее всего, напоминал какофонию, хаос, этакую кутерьму. Гравитационный грохот сотворения Вселенной должен был усредниться, превратившись в безликий белый шум, чисто статическое шипение – к настоящему времени, почти четырнадцать миллиардов лет спустя, очень тихое шипение. Согласно нашему нынешнему пониманию эволюции Вселенной, сразу после Большого взрыва, в первую триллионную триллионной триллионной долю секунды, шум растянулся вместе с инфляцией пространства до почти безмолвного состояния. Да, конечно, Большой взрыв был все же взрывом. Но никто не ожидает, что LIGO услышит его отголоски, поскольку оставшиеся после него гравитационные волны сейчас слишком слабы и находятся под порогом чувствительности детектора LIGO. Однако через несколько десятилетий интерферометр, размещенный в космосе, будет способен зарегистрировать отголоски Большого взрыва – если, конечно, такой эксперимент удастся провести[43].

И, наконец, стохастические звуки могут исходить от некоррелированных компактных объектов в разных галактиках. В этом случае детектор просто регистрирует бессвязный набор звуков. Случайное наложение звуков от различных двойных компактных объектов может создать стохастический фон, но это станет серьезной проблемой, только когда интерферометры переберутся в космос.

Когда я впервые слушала лекцию Кипа о возможностях, которые открывает перед нами новое окно в Вселенную, я надеялась на что-то непредвиденное, неожиданное. Существуют ли астрофизические явления, о существовании которых мы даже не подозреваем? Можем ли мы услышать темную материю? Темную энергию? Темные скрытые измерения?

В конце долгого дня разговор постепенно переходит на специфические профессиональные рельсы. Одной из главных тем беседы является шум. В сообществе LIGO есть ученые, которые исследуют именно шумы. Шумы присутствуют в каждом без исключения научном измерении и никоим образом не являются спецификой данного эксперимента. Шумы просто означают погрешности измерения любого детектора. В гравитационно-волновых экспериментах роль шумов двояка. Они определяют уровень чувствительности прибора, но также, применительно к этой конкретной области, могут представлять собой эталонный звук. Если вы прислушаетесь к разговору в “Пещерке” на улице Фигероа, то непременно заметите, что на слова ваших собеседников накладывается множество фоновых звуков. Сигнал, который я хочу выделить, голос моего собеседника, заглушается музыкой. Существуют сложные алгоритмы, созданные для того, чтобы удалить предсказуемый шум – например, продолжая аналогию с нашим баром, – музыку. Но вот все остальные голоса исключить довольно сложно. Чтобы услышать тот голос, который вы хотите выделить, необходимо вычесть посторонние голоса. Вполне вероятно, что гравитационные волны, обнаруженные в этом эксперименте, будут тише, чем фоновый шум. Ученым, проводящим анализ данных, предстоит выделить определенные звуки, амплитуда которых, возможно, не превышает уровень шума. Интересующие нас звуки могут оказаться буквально похороненными в шумах.

В случае если регистрация гравитационной волны будет подтверждена соответствующим ярким источником света в небе, доказательство существования гравитационных волн станет гораздо более убедительным. Скептики, подобные Острайкеру, могут потребовать предъявления такого совпадения перед тем, как признать свой проигрыш.

Молодые ученые снуют вокруг строящегося детектора, не без гордости ощущая себя частью большого научного эксперимента. В обеих обсерваториях уже завершена установка новых зеркал, лазеров и систем сейсмоизоляции. Следующий этап – это ввод в эксплуатацию, что означает интеграцию установленных подсистем в единый работающий инструмент. Интерферометр на LLO уже закрыт, и на днях будет также закрыт интерферометр на LHO. Работы по подготовке интерферометров к измерениям круглые сутки ведет небольшая команда людей, трудящихся посменно. Иногда я читаю записи в рабочем журнале. Одна из них, размещенная в 4:23 утра, надолго лишила меня сна: “Мы снова закрыли детектор на 40 секунд, и все сигналы показались более стабильными, чем в прошлую ночь”. Но случаются и неудачи: “Сегодня был особенно плохой день”. И еще, спустя пару ночей, в 5:24 утра: “Детектор удалось закрыть более чем на час. CARM контролируется цифровым REFL91 (смещение о часов). ASAIR 45Q контролирует DARM. Мощность возросла в 1100 раз при усилении за цикл в 33 W/BW… это значит, что видимость интерферометра составляет около 94 %”. Я заглядываю в глоссарий, чтобы разобраться в этих аббревиатурах, но главное мне ясно: интерферометр закрыт, и его чувствительность, хотя еще не достаточно высокая, уже вышла на приличный уровень.

На следующее утро журнал буквально испещрили поздравлениями и словами благодарности команде ученых, сумевшей добиться такого потрясающего успеха. Рай оставил запись: “Первый спектр шумов! Отличная работа”. Первоначальному LIGO потребовалось почти четыре года (прошедших с того момента, когда детектор был в первый раз закрыт) для достижения проектного значения чувствительности. Эти же работы по настройке усовершенствованного LIGO, кажется, продвигаются гораздо быстрее. По плану, о котором как раз велась речь сегодня вечером, понадобится еще шесть месяцев, чтобы вывести детектор на уровень чувствительности, необходимый для регистрации сигналов от гравитационных волн. Затем, в сентябре 2015 года, начнется первый сеанс набора данных, в течение которого машина будет закрыта на несколько недель. Целью этого сеанса станет измерение разницы в расстоянии между четырьмя километрами и четырьмя километрами плюс или минус одна десятитысячная размера протона. Нынешний директор LIGO Дэвид Рейце написал в журнале: “Фантастика! Сезон охоты за шумами объявляется открытым для всех!”

Большинство ученых, встречающихся в “Пещерке” на улице Фигероа, проводят львиную долю своего времени в диспетчерской и в LVEA. Они программируют системы управления экспериментом, тестируют зеркальные покрытия, паяют электрические схемы. Они приезжают в Калтех на некий оговоренный срок, чтобы поработать в эксперименте. Наши сегодняшние застольные речи довольно сумбурны. Все мы обычные люди – перекидываемся отрывистыми репликами, не слишком-то соблюдаем логику беседы, прыгаем с темы на тему, поддразниваем и подкалываем друг дружку, флиртуем, и время от времени используем жаргонные технические словечки.

Но вот выпиты последние капли вина. Мы выходим на пустую ночную улицу. Машем друг другу на прощание. Компания распадается: кто-то возвращается в свое обветшавшее жилище, кто-то идет в общежитие, кто-то к друзьям, у которых есть лишний диван. Но назавтра споры возобновятся. Я словно бы по-прежнему слышу шум бара, но звучит он сейчас подобно камертону. Этот звон в ушах, к счастью, отчетливо уловим лишь иногда, в полной тишине, когда наступает молчание и ты погружаешься в раздумья.